[发明专利]一种用于室内定位的超声波-ZigBee系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种定位系统及方法，特别涉及一种用于室内定位的系统及方法。

背景技术

目前，各种定位技术层出不穷。GPS定位适用于室外，并且容易受到环境的影响，在山区、高大建筑物以及空气环境不好的情况下定位精度大打折扣；基于ZigBee射频信号强度RSSI值测距的技术可以在室内使用，但也容易受到环境影响，尤其是干扰源丰富的场合（例如各类遍布2.4G频段信号的公共区域），精度达不到要求；红外定位方向性过强，并且定位距离有限。已有定位技术由于自身局限性无法直接有效于室内定位场合。

发明内容

本发明的目的是克服现有定位技术精度和实用性方面的不足，提供一种安装便捷、价格低廉、工作可靠，结合超声波与ZigBee的定位系统，以适应不断高涨的医院、养老院、幼儿园、等候大厅等公共区域室内定位应用的需求。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种用于室内定位的超声波-ZigBee系统，包括固定节点、移动节点和计算终端；其特征在于：所述多个固定节点固定在室内墙壁同一高度平面且坐标已知，所述移动节点处于固定节点下方的地面且位置不断变化；所述多个固定节点之间不进行通信，每个固定节点与所述移动节点以通过超声波和ZigBee点对点方式通信；所述计算终端和移动节点通过蓝牙通讯进而收集移动节点的定位数据并计算其位置坐标；

所述移动节点是处于运动中的待定位目标，包括单片机一、多路模拟驱动接口、多个超声波发射探头、ZigBee模块和蓝牙模块，所述单片机一的多个输出引脚分别通过多个模拟驱动接口连接有多个超声波发射探头，用以驱动超声波发射探头发射超声波信号，所述单片机一通过UART一、UART二接口还分别连接ZigBee模块和蓝牙模块，用以实现ZigBee通信和蓝牙通信；

所述固定节点是坐标已知且不变的辅助定位设备，包括单片机二、多路脉冲检测接口、多个超声波接收探头和ZigBee模块，所述超声波接收探头将接收到的超声波信号通过脉冲检测接口转换为脉冲信号然后接入所述单片机二的脉冲输入引脚，所述单片机二通过UART接口连接ZigBee模块用以实现ZigBee通信；

所述计算终端包括蓝牙模块和高速处理器，收集移动节点的定位数据并计算其位置坐标。

一种基于超声波-ZigBee系统的室内定位方法，其特征在于，包括以下的步骤：

（1）所述的计算终端通过蓝牙向所述移动节点发送定位请求指令；

（2）所述移动节点通过ZigBee向全体所述固定节点广播发送时钟同步指令，并等待收到所述固定节点的确认消息；

（3）所述移动节点同时发射多路超声波信号和ZigBee定位启动指令；

（4）某些所述固定节点，首先接收到ZigBee定位启动指令，随后检测到超声波信号，将两次的时间差作为定位数据记录；

（5）记录到定位数据的不同固定节点，进行不同时间延迟后，通过ZigBee向移动节点发送定位数据，以防止发生射频碰撞；

（6）移动节点通过ZigBee接收到多个定位数据，将其通过蓝牙传输给所述计算终端，计算终端根据固有算法得出移动节点坐标；

3、根据权利要求2所述的一种基于超声波-ZigBee系统的室内定位方法，其特征在于：所述移动节点通过ZigBee接收到多个定位数据是指移动节点通过ZigBee接收到三个或三个以上不同的定位数据。

本发明对照现有技术的有益效果是：

1、实用性和可靠性显著提升

移动节点与固定节点分别采用了多超声波发射探头、多超声波接收探头的设计，有效的增加了单个模块的超声波信号的覆盖范围；移动节点与固定节点结构简洁、成本低廉，可直接与应用需求系统进行二次开发和扩展；本系统提出的计算终端可以是嵌入式终端、PC服务器、乃至网络计算设备，形式多样易于定制。

2、双无线传输介质协同

本方案采用超声波和ZigBee协同工作，摒弃了传统室内依据场强测算距离的不稳定和易被干扰缺点，使得定位精度明显提高。

3、传输防碰撞

本方案采用防碰撞算法传输定位数据，使得数据传输有序不易出错。

附图说明

图1 为本发明的系统整体方案图；

图2 为本发明的移动节点结构示意图；

图3 为本发明的固定节点结构示意图；

图4 为本发明的工作流程例图。

具体实施方式