复合精准定位系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种定位系统，尤其涉及一种基于RFID、GSM、GNSS的微型的复合 精准定位系统。
【背景技术】
[0002] 目前市场上常见的跟踪定位设备，通常是将GPS、GSM进行整合集成，使用GPS进行 精确定位以及使用GSM进行基站定位和定位信息传送。但是受GPS定位精度的限制，尚缺 少对目标实现10米以内精确定向和定位的手段，特别是在室内环境下，无法接收卫星信号 或信号很弱。同时也有只利用信号强度RSSI进行测距的方法，但其受环境因素干扰较大。
【发明内容】
[0003] 本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种复合精准定位系统，将全球导航 卫星系统（GNSS)、全球移动通信系统（GSM)和射频识别（RFID)技术进行系统整合，形成微 型复合定位装置，最终实现在中远距离使用GNSS和GSM对目标进行跟踪和定位，在近距离 使用RFID技术对目标进行定向查找。
[0004] 为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种复合精准定位系统，包括 主节点单元、作为被定位对象的从节点单元和监控中心，所述从节点单元分别与主节点单 元、监控中心无线通信连接；所述从节点单元自身具有定位功能。
[0005] 对于上述技术方案的改进，所述从节点单元包括微控制器、有源RFID模块、GNSS 模块、GSM模块和电源模块；所述徼控制器、有源RFID模块、GNSS模块和GSM模块分别与电 源模块电连接；所述GNSS模块和GSM模块都是通过串口与所述微控制器连接。
[0006] 对于上述技术方案的进一步改进，所述电源模块还电连接有电压检测模块，用于 检测电源模块的电压是否低于门限值，从而在低于门限值时通过无线网络进行低压报警。
[0007] 对于上述技术方案的进一步改进，所述有源RFID模块为定位模块，用于在所述主 节点单元与所述从节点单元处于有效安全距离内进行识别，并且通过飞行时差TOF及接收 信号强度RSSI进行测距，然后将测距信息交由微控制器处理。
[0008] 对于上述技术方案的进一步改进，所述GNSS模块为定位模块，用于在所述主节点 单元与所述从节点单元不处于有效安全距离内进行定位，并且将定位信息交由微控制器处 理，然后发给主节点单元和控制中心。
[0009] 对于上述技术方案的进一步改进，所述GNSS模块的输入端外置有高灵敏的低噪 声放大器和高Q值滤波网络。
[0010] 对于上述技术方案的进一步改进，所述GSM模块的顶部设有屏蔽盖板。
[0011] 实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：
[0012] 本实用新型将GNSS模块、GSM模块以及RFID模块进行系统整合，将三者定位的功 能发挥到极致，尤其满足各种远近距离的定位，并且做到精确到10米之内。该系统不仅做 到定位精确度高、同时不会受到外界干扰，能最大限度保证系统的定位性能的稳定。
【附图说明】
[0013] 此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分， 并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中：
[0014] 图1为本实用新型实施例提供的一种复合精准定位系统中从节点单元的结构框 图；
[0015] 图2为本实用新型实施例提供的一种复合精准定位系统的主、从节点单元的测距 示意图；
[0016] 图3为本实用新型实施例提供的一种复合精准定位系统中从节点单元的GSM模块 框图。
【具体实施方式】
[0017] 下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此本实用新型的示意 性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
[0018] 实施例：
[0019] 如图1、图2和图3所示，所述复合精准定位系统，包括主节点单元1、从节点单元 2和监控中心3,所述从节点2作为被定位对象，具有自身定位功能，其与主节点单元1和监 控中心3分别通过无线通信连接。
[0020] 其中，所述主节点单元1包括有源RFID模块5 ;所述从节点单元2包括微控制器 4、 有源RFID模块5、GNSS模块6、GSM模块7和电源模块8,所述微控制器4、有源RFID模块 5、 GNSS模块6和GSM模块7分别与电源模块8,所述GNSS模块6和GSM模块7都是通过串 口与所述微控制器4连接。
[0021] 所述有源RFID(有源射频识别）模块5的定位功能是采用飞行时差测距（TOF) 与接收信号强度（RSSI)测距相结合的方法进行距离测量，使用双向测距技术（Two Way Ranging)，利用信号在两个异步收发机之间往返飞行时间来测量节点间的距离。其以低能 耗，高灵敏度的紫峰协议（Zigbee)芯片（2. 4GHZ)作为有源射频识别（RFID)的通讯模块， 实现空间定向及定位。
[0022] 所述GNSS模块5包括美国的GPS系统、俄罗斯的Glonass系统、欧洲的Gal i Ieo系 统、我国的北斗卫星导航系统以及相关的增强系统，为全球导航卫星系统，其是个多系统、 多层面、多模式的复杂组合系统。在我国现在普遍使用的是发展相当成熟的GPS系统，其使 用微型封装的单芯片，同时采用成熟的射频体系架构，再加上先进的干扰抑制机制。
[0023] 所述GSM模块7为全球移动通信系统，采用已经发展此较成熟的移动通讯网络进 行数据传输与定位模块控制，模块采取平面封装，具有体积小、使用方便、覆盖范围广的优 点。
[0024] 为了提高整个系统的稳定性，则所述电源模块8还电连接有电压检测模块（图中 未示出），该模块用于检测电压模块8的电压是否低于门限值，从而在低于门限值时通过无 线网络进行低压报警。
[0025] 同时，为了进一步提高整个系统的在定位是避免受干扰，在所述GNSS模块6的输 入端外置有高灵敏的低噪声放大器和高Q值滤波网络。该设计及即使在恶劣的环境中，也 能最大限度的保证系统的定位性能。
[0026] 另外，还可以在GSM模块7的顶部设置屏蔽盖板，有利于减少对其他模块的干扰， 适合在狭小空间中使用。
[0027] 所述主节点单元1和从节点单元2都是工作在低功耗模式下，其中所述微控制器 4通过开启定时器的方式控制有源RFID模块5进行定时脉冲式工作，大部分时间处在休眠 状态，通过调节占空比，可控制功耗水平；GNSS模块6和GSM模块7都是通过微控制器4的 指令工作在休眠或全功能两种状态下。
[0028] 以上是对本实用新型所述的复合精准定位系统的结构说明，以下对其工作原理做 具体描述：
[0029] 本实用新型所述的复合精准定位系统的定位方法，具体步骤如下：
[0030] (1)判断从节点单元2与主节点单元1是否在安全距离内；
[0031] 系统通电启动运行后，所述从节点单元1设备上的RFID模块4定时周期性与主节 点单元1上的RFID模块4之间进行距离测量，其使用双向测距技术（Two Way Ranging)，利 用信号在两个异步收发机之间往返飞行时间来测量节点间的距离，并报告是否在安全距离 内，本实施例的安全距离为20米，在实际过程中还可以根据具体情况选择30米、40米、50 米、60米、100米等。
[0032] 如果在安全距离内，则以上即可测量出，完成定位。
[0033] (2)如果不在安全距离内，则触发GNSS模块6或GSM模块7 ;
[0034] 所述从节点单元2自动判别后，触发GNSS模块6进行定位，从节点内部唤醒GPS 模块，所述徼控制器4通过SPI接口读取GNSS模块6返回的数据，并对数据进行解析，得到 从节点单元2具体的位置信息。
[0035] 在所述GNSS模块6出现信号接收不佳（室内或有云层遮挡）的情况时，所述微控 制器4才启用GSM模块7进行基站定位。具体定位过程中，所述徼控制器4是通过UART接 口向GSM模块7发送指令，从而激活GSM模块7并将得到的位置信息通过无线蜂窝网发送 到主节点单元1以及监控中心3。当到达定位地点后，为实现对目标近距离的精确定向和定 位，利用主节点单元1上的定向天线，对目标进行定向查找。
[0036] 同时，本实用新型的发明人在具体实验过程中，做出以下实测数据：
[0037]
【主权项】
1. 一种复合精准定位系统，包括主节点单元、作为被定位对象的从节点单元和监控中 心，其特征在于： 所述从节点单元分别与主节点单元、监控中心无线通信连接； 所述从节点单元自身具有定位功能。
2. 根据权利要求1所述的复合精准定位系统，其特征在于： 所述从节点单元包括微控制器、有源RFID模块、GNSS模块、GSM模块和电源模块； 所述微控制器、有源RFID模块、GNSS模块和GSM模块分别与电源模块电连接； 所述GNSS模块和GSM模块都是通过串口与所述微控制器连接。
3. 根据权利要求2所述的复合精准定位系统，其特征在于： 所述电源模块还电连接有电压检测模块，用于检测电源模块的电压是否低于门限值， 从而在低于门限值时通过无线网络进行低压报警。
4. 根据权利要求2所述的复合精准定位系统，其特征在于： 所述有源RFID模块为定位模块，用于在所述主节点单元与所述从节点单元处于有效 安全距离内进行识别，并且通过飞行时差TOF及接收信号强度RSSI进行测距，然后将测距 信息交由微控制器处理。
5. 根据权利要求2所述的复合精准定位系统，其特征在于： 所述GNSS模块为定位模块，用于在所述主节点单元与所述从节点单元不处于有效安 全距离内进行定位，并且将定位信息交由微控制器处理，然后发给主节点单元和控制中心。
6. 根据权利要求2所述的复合精准定位系统，其特征在于： 所述GSM模块为定位模块，用于在所述主节点单元与所述从节点单元不处于有效安全 距离内进行定位，并且收不到GNSS模块定位信息后才开始定位，并将定位信息交由微控制 器处理，然后发给主节点单元和控制中心。
7. 根据权利要求1所述的复合精准定位系统，其特征在于： 所述GNSS模块的输入端外置有高灵敏的低噪声放大器和高Q值滤波网络。
8. 根据权利要求1所述的复合精准定位系统，其特征在于： 所述GSM模块的顶部设有屏蔽盖板。
【专利摘要】本实用新型实施例公开了一种复合精准定位系统，包括主节点单元、作为被定位对象的从节点单元和监控中心，所述从节点单元分别与主节点单元、监控中心无线通信连接；所述主节点单元包括有源RFID模块；所述从节点单元包括微控制器、有源RFID模块、GNSS模块、GSM模块和电源模块；所述微控制器、有源RFID模块、GNSS模块和GSM模块分别与电源模块电连接；所述GNSS模块和GSM模块都是通过串口与所述微控制器连接。采用本实用新型，能够实现高精度的定位。
【IPC分类】G01S19-48
【公开号】CN204422762
【申请号】CN201420857481
【发明人】陈伟, 李凌云, 孙奋进, 崔恒荣, 严岩, 董立敏, 糜忠良, 蔡伟思, 田巍, 刘文斌, 周涛, 朱浩
【申请人】上海市刑事科学技术研究院, 中国科学院上海微系统与信息技术研究所
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2014年12月30日