专利名称：具有低电压报警及温度实时监测的车载人员定位标签的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有低电压报警及温度实时监测的车载人员定位标签，属于物流管理领域。
背景技术：
目前，市面上的射频标签多种多样，但仅作为无线数据模块来传输数据，很难实现在车载人员定位；同时电压过低导致标签无法正常工作，不能保证数据准确性的问题也迟迟得不到解决，给使用者带来了困扰；此外，一般的标签无法实时测量环境及人员温度，人员及货物的安全性无法得到保障。目前GPS定位虽然定位精度很高，但在封闭的车厢或室内使用时，存在无法接收GPS信号的重大缺点，无法实现室内、井下、水下潜艇等封闭的大型室内空间的精确定位。
发明内容
本发明目的是为了解决现有采用GPS定位的射频标签在封闭的车厢或室内使用时，存在无法接收GPS信号的重大缺点，无法实现室内、井下、水下潜艇等封闭的大型室内空间的精确定位的问题，提供了一种具有低电压报警及温度实时监测的车载人员定位标签。本发明所述具有低电压报警及温度实时监测的车载人员定位标签，它包括发射端和接收节点，发射端和接收节点之间通过无线射频通信，发射端包括温度监测模块、发射端单片机、发射端射频电路、发射端电源和发射端低电压报警电路，温度监测模块的温度信号输出端与发射端单片机的温度信号输入端相连，发射端电源的第一电源输出端与发射端单片机的供电输入端相连，发射端电源的第二电源输出端与发射端低电压报警电路的输入端相连，发射端单片机的数据输入输出端与发射端射频电路的数据输入输出端相连；接收节点包括串口通信电路、接收端单片机、接收端射频电路、接收端电源和接收端低电压报警电路，接收端射频电路通过无线射频与发射端射频电路进行通信，接收端射频电路的数据输入输出端与接收端单片机的数据输入输出端相连，接收端单片机的上位机传送数据输入输出端与串口通信电路的上位机传送数据输入输出端相连，接收端电源的第一电源输出端与接收端单片机的供电输入端相连，接收端电源的第二电源输出端与接收端低电压报警电路的输入端相连。本发明的优点本发明标签不仅可以实现电源电压监控，低电压时报警；同时可以实现温度监测，反馈环境信息；实现车载人员的精确定位，以上设计使标签功能得到了极大的完善。对于佩戴标签的人员或物品，当标签上电开始工作时，本发明的温度监测模块工作，将人员或环境的温度信息传输到单片机上，随后通过射频发射模块，无线传输至接收节点。此功能针对高温环境，人员安全，水下井下等特殊环境，具有重要意义。本发明的功能弥补了 GPS在室内存在盲区的缺点，实现了室内人员的精确定位，特别在车载人员方面，具有广阔的应用前景。
图1是本发明所述具有低电压报警及温度实时监测的车载人员定位标签的结构示意图；图2是发射端/接收端低电压报警电路的具体电路图；图3是温度监测模块中的温度传感器及其外围电路的具体电路图；图4是发射端/接收端射频电路及其外围电路的具体电路图；图5是本发明定位标签实现原理图。
具体实施例方式具体实施方式
一下面结合图1和图5说明本实施方式，本实施方式所述具有低电压报警及温度实时监测的车载人员定位标签，它包括发射端和接收节点，发射端和接收节点之间通过无线射频通信，发射端包括温度监测模块1、发射端单片机2、发射端射频电路3、发射端电源4和发射端低电压报警电路5,温度监测模块I的温度信号输出端与发射端单片机2的温度信号输入端相连，发射端电源4的第一电源输出端与发射端单片机2的供电输入端相连,发射端电源4的第二电源输出端与发射端低电压报警电路5的输入端相连,发射端单片机2的数据输入输出端与发射端射频电路3的数据输入输出端相连；接收节点包括串口通信电路6、接收端单片机7、接收端射频电路8、接收端电源9和接收端低电压报警电路10，接收端射频电路8通过无线射频与发射端射频电路3进行通信，接收端射频电路8的数据输入输出端与接收端单片机7的数据输入输出端相连，接收端单片机7的上位机传送数据输入输出端与串口通信电路6的上位机传送数据输入输出端相连，接收端电源9的第一电源输出端与接收端单片机7的供电输入端相连，接收端电源9的第二电源输出端与接收端低电压报警电路10的输入端相连。串口通信电路6可以把数据发送至上位机显示，只存在于接收节点。本发明共分为两大部分，一端是发射端，主要由被测人员佩戴使用，作为数据的发送端；另一端为接收节点，接收发送端数据，并通过三点定位原理，实现人员定位。具体功能见图5所示，定位方法的具体实施方式
为对于点对点测距，采用逐级逼近的原理，不断降低被测端与接收节点的发射功率，直到检测不到被测端后，增加一级发射功率，则所得的距离，既是点对点间的距离。当通过点对点测距后，我们可以得到三个接收节点相对于被测端的距离信息，那么，利用三点定位原理，画出三个以接收节点为圆心，点对点距离为半径的圆。
具体实施方式
二 本实施方式对实施方式一作进一步说明，发射端单片机2和接收端单片机7都采用型号为STC12LE5604AD的单片机来实现。发射端单片机2和接收端单片机7是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O 口和中断系统、定时器/计时器等功能，集成到一块硅片上构成的一个小而完善的系统。在本发明中，要求单片机I)功能强大，运行速度快，成本低；2)工作电压低，3V左右，方便用纽扣电池供电；3)低功耗设计，具有掉电模式，可由外部中断唤醒。基于以上所要求的性能，最终选择了 STC12LE5604AD这款单片机，在电路中，单片机与射频芯片相连，两者之间采用SPI通信方式，SPI，是一种高速的全双工同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便。在点对点的通信中，SPI接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，显得简单高效。
具体实施方式
三下面结合图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式一或二作进一步说明，温度监测模块I采用型号为DS18B20的温度传感器实现。温度监测模块I主要完成对人员体温监测，只存在于发射端。采用简单实用的DS18B20作为温度实时监测模块的核心器件，直接与发射端单片机2相连，当标签上电后，温度监测模块I就会启动，将温度数据发送至发射端单片机2。DS18B20是美国Dallas半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9-12位的数字值读数方式，可以分别在93. 75ms和750ms内完成9位和12位的数字量。它通过总线供电，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源，由它组成的温度测控系统非常方便，而且成本低、体积小、可靠性高。DS18B20的测温范围-55-+125°C，最高分辨率可达O. 0625°C，由于每一个DS18B20出厂时都刻有唯一的一个序列号并存入其ROM中，因此CPU可用简单的通信协议就可以识别，从而节省了大量的引线和逻辑电路。具体电路参见
中图3所示。对于佩戴标签的人员或物品，当标签上电开始工作时，本发明的温度监测模块I工作，将人员或环境的温度信息传输到发射端单片机2上，随后通过发射端射频电路3无线传输至接收节点。此功能针对高温环境，人员安全，水下井下等特殊环境，具有重要意义。
具体实施方式
四下面结合图4说明本实施方式，本实施方式对实施方式一、二或三作进一步说明，发射端射频电路3和接收端射频电路8都采用型号为NRF24L01的射频芯片来实现。利用射频芯片NRF24L01的4档发射功率，分别为OdBm，-6dBm,-12dBm, _18dBm。当对寄存器写入不同的功率参数后，射频芯片由近及远产生4个可识别距离，利用这种功能，便可以粗略得到被测标签与接收节点的距离，为了精确测出距离，必须增加档位，因为接收节点也采用射频标签作为接收，射频芯片与发射端采用同型号NRF24L01，于是，本发明在接收节点也进行设置，调节接收节点的发射功率，共可有16档调节功率，利用逐渐逼近原理，测量精度大大提高；最后利用3点定位方法，在已知标签到3个接收节点距离的情况下，得到被测标签的位置，实现了人员的精确定位。目前GPS定位虽然定位精度很高，但有在室内无法接收GPS信号的重大缺点，无法实现室内、井下、水下潜艇等封闭的大型室内空间的精确定位。本发明的功能恰好弥补了GPS的缺点，实现了室内人员的精确定位，特别在车载人员方面，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
五下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一、二、三或四作进一步说明，发射端低电压报警电路5和接收端低电压报警电路10的结构相同，都包括稳压二极管K1、启动按钮B3、LED灯和电阻R，启动按钮B3的一端接直流电源的正极，启动按钮B3的另一端连接稳压二极管Kl的负极，稳压二极管Kl的阳极与电阻R的一端相连，电阻R的另一端接电源GND，LED灯反向并联在稳压二极管Kl的两端。发射端低电压报警电路5和接收端低电压报警电路10可以提醒使用者及时更换电池，以免使标签无法正常工作为了达到准确的低电压报警效果，本发明的电压检测及报警电路是完全利用模拟电路原理，而不是受单片机控制的。因为如果报警依靠单片机控制，当电压较低时，单片机可能无法正常工作，本发明准确及时的报警功能也就无从谈起，如图2所示，以稳压二极管Kl为核心，LED灯为报警显示，启动按钮B3采用接触式按键，电阻R3作为限流电阻，直接关系到LED灯上走过的电流。稳压二极管是一个特殊的面接触型的半导体硅二极管，其V-A特性曲线与普通二极管相似，但反向击穿曲线比较陡，稳压二极管工作于反向击穿区。当电源电压高于1. 8V时反向电流突然猛增，稳压二极管从而反向击穿，此后，电流虽然在很大范围内变化，但稳压二极管两端的电压的变化却相当小，利于这一特性，当电源电压高于1. 8V时，稳压二极管Kl被反向击穿，电路导通，LED灯亮起；当电源电压低于1. 8V时，稳压二极管Kl不能导通，LED灯不会发光报警。对标签电源当前电压未可知，且无专业设备检测的情况下，对电源电压(发射端电源4或接收端电源9)进行检测，并用醒目LED灯报警，方便使用者对标签工作状态进行掌控，当电源电压较低时，及时更换电源电池，保证标签正常工作。此外，报警电路设计时也考虑到了低功耗的问题，因此，整个电路由按键开关控制，在不需要检测电源电压时，本部分电路做到了 O功耗，真正的省电。
权利要求
1.具有低电压报警及温度实时监测的车载人员定位标签，其特征在于，它包括发射端和接收节点，发射端和接收节点之间通过无线射频通信，发射端包括温度监测模块(I)、发射端单片机(2)、发射端射频电路(3)、发射端电源(4)和发射端低电压报警电路(5)，温度监测模块(I)的温度信号输出端与发射端单片机(2)的温度信号输入端相连，发射端电源(4)的第一电源输出端与发射端单片机(2)的供电输入端相连，发射端电源(4)的第二电源输出端与发射端低电压报警电路(5)的输入端相连，发射端单片机(2)的数据输入输出端与发射端射频电路(3)的数据输入输出端相连；接收节点包括串口通信电路出)、接收端单片机(7)、接收端射频电路(8)、接收端电源(9)和接收端低电压报警电路(10)，接收端射频电路(8)通过无线射频与发射端射频电路(3)进行通信，接收端射频电路(8)的数据输入输出端与接收端单片机(7)的数据输入输出端相连，接收端单片机(7)的上位机传送数据输入输出端与串口通信电路￠)的上位机传送数据输入输出端相连,接收端电源(9)的第一电源输出端与接收端单片机(7)的供电输入端相连，接收端电源(9)的第二电源输出端与接收端低电压报警电路(10)的输入端相连。
2.根据权利要求1所述具有低电压报警及温度实时监测的车载人员定位标签，其特征在于，温度监测模块(I)采用型号为DS18B20的温度传感器实现。
3.根据权利要求1所述具有低电压报警及温度实时监测的车载人员定位标签，其特征在于，发射端单片机(2)和接收端单片机(7)都采用型号为STC12LE5604AD的单片机来实现。
4.根据权利要求1所述具有低电压报警及温度实时监测的车载人员定位标签，其特征在于，发射端射频电路⑶和接收端射频电路(8)都采用型号为NRF24L01的射频芯片来实现。
5.根据权利要求1所述具有低电压报警及温度实时监测的车载人员定位标签，其特征在于，发射端低电压报警电路(5)和接收端低电压报警电路(10)的结构相同，都包括稳压二极管(Kl)、启动按钮出3)、1^0灯和电阻1 ，启动按钮(B3)的一端接直流电源的正极，启动按钮(B3)的另一端连接稳压二极管(Kl)的负极，稳压二极管(Kl)的阳极与电阻R的一端相连，电阻R的另一端接电源GND，LED灯反向并联在稳压二极管(Kl)的两端。
全文摘要
具有低电压报警及温度实时监测的车载人员定位标签，属于物流管理领域，本发明为解决现有采用GPS定位的射频标签无法实现室内等封闭空间的精确定位的问题。本发明包括发射端和接收节点，发射端和接收节点之间通过无线射频通信，发射端包括温度监测模块、发射端单片机、发射端射频电路、发射端电源和发射端低电压报警电路，温度监测模块监测温度信号给发射端单片机，并通过发射端射频电路以无线射频的方式发射数据，接收节点包括串口通信电路、接收端单片机、接收端射频电路、接收端电源和接收端低电压报警电路，接收端射频电路通过无线射频与发射端射频电路进行通信，并将接收的数据通过接收端单片机和串口通信电路发送给上位机。
文档编号G01R19/165GK103034898SQ20121051236
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月4日 优先权日2012年12月4日
发明者赵琳, 郝勇, 田智嘉, 吴景国 申请人:哈尔滨工程大学