[发明专利]一种基于UWB方法的低功耗电子标签及定位方法

说明书

本发明公开了一种基于UWB方法的低功耗电子标签及定位方法，该电子标签使用射频收发模块、MEMS模块、ARM处理器模块以及电源模块组成，同时使用低功耗技术，通过ARM处理器模块控制射频收发模块和MEMS模块长期处于睡眠状态，并周期性地唤醒射频收发模块和MEMS模块进入正常工作状态，以实现功耗的降低；通过在定位系统中以超宽带方式部署电子标签，计算信号飞行时间完成标签和基站进行数据通信，并对多组测距结果上传至服务器，最终使用最小二乘法处理服务器存储数据完成超宽带定位。该方法和现有变电站定位方法相比具有功耗低、定位精度高、数据持久化存储等多种优势，具有较强的实用意义。

技术领域

本发明涉及变电站巡检领域，具体涉及一种适用于变电站巡检人员使用的基于UWB方法的低功耗电子定位标签及定位方法。

背景技术

随着智能变电站技术的发展，传统变电站在电力传输技术方面存在严重不足，急需升级改造。为了提高智能变电站的改造过程中的安全性，自动化、高精度，实时性的监测系统就必不可少，而仅依靠监督人员、监控视频是无法确保监督的实时性和有效性。现有变电站使用的监测系统分为有线和无线两种方法。有线通信系统有很多缺点，传输线路的铺设难度高、不易管理和维护等。常用的无线通信系统有WiFi,RFID,ZigBee,CSS等无线定位技术，但这些技术定位精度较差，难以满足应用的需求。基于视觉检测的技术由于受到光线和遮挡等因素的影响，无法达到可靠的安全管控。目前，在变电站环境下影响无线定位技术的研究尚少。

超宽带(UltraWide-Band，UWB)是一种新型的无线通信技术，根据美国联邦通信委员会的规范，UWB的工作频带为3.1-10.6GHz，系统-10dB带宽与系统中心频率之比大于20％或系统带宽至少为500MHz。UWB信号的发生可通过发射时间极短(如2ns)的窄脉冲(如二次高斯脉冲)通过微分或混频等上变频方式调制到UWB工作频段实现。

超宽带的主要优势有，低功耗、对信道衰落(如多径、非视距等信道) 不敏感、抗干扰能力强、不会对同一环境下的其他设备产生干扰、穿透性较强(能在穿透一堵砖墙的环境进行定位)，具有很高的定位准确度和定位精度。

虽然我国对UWB技术的研究有一定的成果但是大部分还是集中在实验室的理论研究阶段，成熟的产品较少，应用范围较窄。更未见有将UWB定位技术应用于变电站巡检人员定位的项目研究。

发明内容

针对现有变电站内部人员定位精度的不足，本发明提供一种基于UWB 方法的低功耗电子标签及定位方法，低功耗电子标签使用低功耗技术进而周期性的进入到工作状态而降低功耗，使用UWB技术提高了定位的精度，和现有变电站定位方法相比有较大优势。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于UWB方法的低功耗电子标签，射频收发模块、MEMS模块、与所述射频收发模块和MEMS模块连接的ARM处理器模块、与所述射频收发模块、MEMS模块、ARM处理器模块相连接的电源模块；所述射频收发模块用于发送和接收UWB信号；所述MEMS模块用于检测佩戴所述低功耗电子标签的人员或物品的运动状态信息并反馈至所述ARM处理器模块；所述ARM处理器模块用于控制射频收发模块和MEMS模块长期处于睡眠状态并周期性地唤醒，根据运动状态信息调整唤醒射频收发模块的周期，控制自身进入睡眠状态并周期性地自我唤醒。

进一步地，所述射频模块通过SPI总线和ARM处理器模块相连接；所述MEMS模块通过I²C总线和ARM处理器相连接。

进一步地，所述射频收发模块为DW1000芯片及其周围电路；所述MEMS 模块为MPU925芯片及其周围电路；所述ARM处理器模块为STM32F411C 低功耗芯片及其周围电路。

进一步地，所述低功耗电子标签通过ARM处理器模块控制射频收发模块和MEMS模块长期处于睡眠状态，并周期性地唤醒射频收发模块和MEMS 模块进入正常工作状态，以实现功耗的降低。