专利名称：无线监护定位仪的制作方法
技术领域：
无线监护定位仪用于老人(或病人)与监护人的距离不大于100米时寻找老人(或病人)时对其定位。
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背景技术：
老人(或病人)时常会走失，最常见的是暂时脱离监护人的视线范围，目前对老人(或病人)基本都采用GPS定位，成本较高，定位精度较低，只能得到当前位置的经纬度，而且在室内或障碍物场合无法应用。
3.发明内容一种无线监护定位仪，其特征在于由射频节点和定位仪组成；所述射频节点采用单片机作为主控制器，天线通过无线收发模块与单片机相连；所述定位仪采用单片机作为主控制器，天线通过无线收发模块单片机相连，液晶显示器通过驱动器与单片机相连。无线监护定位仪包括两部分，一是老人(或病人)携带的射频节点，二是监护人携带的定位仪，定位仪上有液晶显示器。监护人寻找老人(或病人)时(如图1，位于A点)，按下定位仪上的“寻找”按键，定位仪发出射频信号，若射频节点即老人(或病人)在定位仪100米以内则能收到定位仪发出的射频信号并回复一个应答的射频信号，定位仪受到该回复的射频信号，射频节点的发射功率为已知，定位仪在接收应答信号的同时测量接收信号的功率，根据无线信号衰减经验模型将信号强度转化为距离即射频节点和定位仪之间的距离R，如图I所示；定位仪沿某一确定方向移动一定距离到达B点并发出射频信号，射频节点收到定位仪发出的射频信号并回复一个应答信号，定位仪可测得与射频节点之间的距离r，则老人(或病人))必定位于P点或Q点；定位仪沿与AB垂直的方向移动到C点，定位仪若测得与射频节点之间的距离增大，则老人(或病人)在Q点，否则老人(或病人)在P点。图I所示图案可在液晶显示器上显示出来。
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图I为定位原理示意图图2为定位仪电路原理图图3为射频节点电路原理图图4为CC2500无线收发电路
5.具体实施方式
监护人寻找老人(或病人)时(如图1，位于A点)，按下定位仪上的“寻找”按键，定位仪发出射频信号，若射频节点即老人(或病人)在定位仪100米以内则能收到定位仪发出的射频信号并回复一个应答的射频信号，定位仪受到该回复的射频信号，射频节点的发射功率为已知，定位仪在接收应答信号的同时测量接收信号的功率，根据无线信号衰减经验模型将信号强度转化为距离即射频节点和定位仪之间的距离R，如图I所示；定位仪沿某一确定方向移动一定距离到达B点并发出射频信号，射频节点收到定位仪发出的射频信号并回复一个应答信号，定位仪可测得与射频节点之间的距离r，则老人(或病人))必定位于P点或Q点；定位仪沿与AB垂直的方向移动到C点，定位仪若测得与射频节点之间的距离增大，则老人(或病人)在Q点，否则老人(或病人)在P点。图I所示图案可在液晶显示器上显示出来。图2和图3分别为定位仪电路原理图和射频节点电路原理图，定位仪和射频节点都采用MSP430单片机作为主控制器，MSP430单片机最 显著的特点就是超低功耗。射频信号的传输选用CC2500，CC2500功耗低，采用4线制SPI接口与MSP430F149通信，在每次接收到信号后自动产生数字RSSI (接收信号强度)，如图4所示为CC2500的无线收发电路图，R4为偏阻器，根据不同的设定值得到精确的偏电流；能量供给在靠近供给引脚处恰当的退耦，平衡转换器由C14，C15，L2和L3构成，将CC2500的RF微分端口转换成RF单端信号。无线收发采用的天线ANT-821是2. 4GHz的陶瓷天线，尺寸为8. 5mmX 2. 0mm，是为此频段扩频通讯设计专用天线，具有很好的防振动冲击和防老化能力。液晶显示器采用单色点阵式液晶显示器，可显示文字和图形。射频信号的传播容易受多径、非视距等因素的影响，RSSI (接收信号强度)值随着通信距离的增加而降低。工作环境确定后，正确选取无线网络节点的发射功率，即可建立RSSI和距离关系的数学模型。P(d) = P(d0)-lOn log(—) + Xct
d0式中dQ——参考距离，mnp—路径衰减系数，受周围环境影响取不同值X0——以S 2为方差的正态分布，用来减小信号强度的误差本实用新型所采用的RSSI测距的基本原理为已知节点的发射功率，再读取接收节点的接收功率，计算无线电波的传播损耗，再使用无线信号传播模型公式将其转化为距离。经过多次实验后，可建立特定环境下的经验数据表或者通过衰减系数的调整对测量结果进行修正。RSSI (接收信号强度)信号受外界因素的影响波动较大，如周围环境、障碍物系数、测量误差、天线增益和发射功率等，室外测量时天气的状况也对信号衰减造成不同程度的影响，如雷雨天、雪、雾等，同一天的早上和晚上测量时外界形成的影响因子也不同，不同环境下的np和X。值如表I所示，定位仪在使用时可根据具体环境选择np和X。的值。CC2500支持不同发送功率等级和数据传输速率，设定为最高功率时可以达到IOOm以上的通信距离，但是信号衰减波动范围大，带来测距定位精确度差；选用最低功率容易在正常通信范围内出现盲区，故本实用新型选取中间值作为发射功率。MSP430 和 CC2500 通过 4 线 SPI 兼容接口(SI、SO、SCLK 和 CSn)进行通信。MSP430将采集到的数据经过处理后，通过SPI总线写入CC2500无线模块的TX FIFO，同时将射频模块切换为发送状态。无线发送数据的过程如下CC2500首先将先进先出堆栈中的数据加上帧头、帧尾和校验码等形成符合数据通信协议格式的数据包，然后进行直接序列扩频后采用O-QPSK的调制方式广播。无线模块接收数据的过程如下将信号进行O-QPSK反向解调，再进行反向直接序列扩频，得到完整的数据包后存入射频模块CC2500的RX FIFO，最后以中断的方式通知MSP430。[0019]CC2500的RF输出功率有两个可编程控制的等级，专用的PATABLE寄存器能供8个用户同时进行输出功率的设定。CC2500将接收到完整帧的无线信号强度值存储在特定的RSSI寄存器0x34中，首先读取接收节点的寄存器0x34值，然后根据信号传播的经验公式来计算定位仪与射频节点的距离。一般CC2500内表示信号强度值以补码的形式，其单位为dBm，根据经验需要将其加上一个偏移量，查表得传输速率为500kbit/s时，偏移量不超过-72，此数值可根据实验确定。
权利要求1.一种无线监护定位仪，其特征在于由射频节点和定位仪组成；所述射频节点采用单片机作为主控制器，天线通过无线收发模块与单片机相连；所述定位仪采用单片机作为主控制器，天线通过无线收发模块单片机相连，液晶显示器通过驱动器与单片机相连。
2.如权利要求I的无线监护定位仪，其特征在于所述的液晶显示器为单色点阵式液晶显示器。
专利摘要无线监护定位仪用于寻找老人(或病人)时对其进行定位。无线监护定位仪由老人(或病人)携带的射频节点和监护人携带的定位仪组成。射频节点由单片机、无线收发模块和天线组成。定位仪由单片机、无线收发模块、天线、液晶显示器和显示器驱动器组成。该定位仪可以对与监护人距离不大于100米的老人(或病人)进行定位，并在液晶显示器上显示两者的相对位置。该实用新型突破了GPS定位在室内或障碍物场合无法应用的限制，成本较低。
文档编号G01S5/02GK202383284SQ20112035098
公开日2012年8月15日 申请日期2011年9月19日 优先权日2011年9月19日
发明者吴坤朋 申请人:哈尔滨汇美恒科技开发有限公司