[发明专利]一种可远程监控的超声波室内快速定位系统及其定位方法

摘要

本发明一种可远程监控的超声波室内快速定位系统及其定位方法涉及室内定位和位置传感技术领域，更具体地涉及可远程监控的、在单片机端执行位置计算，并在终端直观显示物理位置的可远程监控的超声波室内快速定位系统和方法。包括目标节点、信标节点、网关和终端，目标节点与信标节点相联，目标节点通过网关与终端通信；目标节点接收终端发出的定位命令，并向信标节点发送射频信号和超声波信号；信标节点回传数据包至目标节点；终端发送定位指令给目标节点，目标节点将当前位置信息传送到终端；终端将目标节点回传的位置信息以坐标系图形的形式供用户实时查看。该系统定位精度高，平均定位误差小于5cm；该系统定位速度快，具有较高的定位频率。

主权项

1.一种可远程监控的超声波室内快速定位系统，其特征在于：包括目标节点、信标节点、网关和终端，目标节点与信标节点相联，目标节点通过网关与终端通信；目标节点接收终端发出的定位命令，并向信标节点发送射频信号和超声波信号；信标节点回传数据包至目标节点；终端发送定位指令给目标节点，目标节点将当前位置信息传送到终端；终端将目标节点回传的位置信息以坐标系图形的形式供用户实时查看；可远程监控的超声波室内快速定位系统的定位方法包括如下步骤：1)按六边星型蜂窝拓扑在天花板上部署距离小于R的信标节点，从而保证至少3个接收模块可接收到超声波信号，距离R的计算公式为，其中H为天花板到地面的垂直距离，为所用超声波传感器的发射角；2)打开放置在天花板上的信标节点，使信标节点射频模块处于通信状态；选择天花板上的信标节点中的一个信标节点为簇头节点，广播初始化时钟数据帧，实现对所有信标节点的时钟同步；各信标节点建立相应的地址位置信息表；簇头节点广播休眠调度表，使得信标节点周期性地处于低功耗的休眠状态；周期苏醒的信标节点处于射频接收阶段，侦听目标节点发送定位请求的数据帧；3)延时t1后打开目标节点射频接收器，等待网关的控制命令帧；所述t1为信标节点同步时间，t1值设定为1ms；4)若目标节点接收到的控制命令帧为休眠指令帧，则向信标节点广播休眠指令帧信息，以调整当前的休眠时间；若目标节点接收到的控制命令帧为定位指令帧，则根据该帧信息对目标节点进行周期采样定位或实时定位；5)若目标节点在时限t2内无其它射频干扰信号，目标节点实时或按周期发送含自身信息的请求定位数据帧；所述t2为防止信标节点干扰时间，t2值设定为5ms；6)苏醒的信标节点接收到请求定位数据帧后，开启相应的超声波接收模块；7)目标节点延时t3后发送时间同步信号和超声波信号，同时将射频电路处于接收状态；t3为定位数据帧传播时间，t3设置为1us；8)苏醒的信标节点接收到步骤7)中的超声波信号后或者超过最大等待时间时，使未接收到超声波信号的信标节点进入休眠状态；接收超声波信号时差最短的苏醒信标节点，唤醒周围距离为2R的休眠信标节点，同时返回允许定位数据帧；其中R为步骤1)中所述的部署距离；9)目标节点再次发送时间同步信号和超声波信号，同时将目标节点射频模块置于接收状态；10)苏醒的信标节点计算信号到达时间差，并将自身位置信息和时间差信息打包发送给目标节点，而后按休眠调度表进行工作；11)目标节点运用步骤10)中返回的数据包和温度传感器模块传来的信息，计算出超声波在当前环境中的传播速度，进而计算出目标节点与各个信标节点的距离，进行相应的递推数据融合定位计算，并通过WiFi模块发送给终端以进行在线显示，至此完成一次定位操作。