非均衡无线传感器网络室内定位装置的制造方法

文档序号:10975707阅读:508来源:国知局
非均衡无线传感器网络室内定位装置的制造方法
【专利摘要】非均衡无线传感器网络室内定位装置,包括叉车、固定在叉车上的移动无线传感器节点、外置于所述移动无线传感器节点上的无线天线、拖动所述无线天线旋转的步进电机,所述无线天线和所述移动无线传感器节点电气连接,所述步进电机的输出轴与所述无线天线直接连接或通过传动机构连接,所述移动无线传感器节点的主通信芯片连接所述步进电机的驱动芯片,所述步进电机的驱动芯片连接所述步进电机,所述无线天线为指向性天线,所述主通信芯片通过所述步进电机的驱动芯片控制步进电机拖动所述无线天线做水平圆周运动,当所述无线天线被拖动指向一个有用的远程无线传感器节点时,所述移动无线传感器节点和该远程无线传感器节点之间的通信强度得到增强。
【专利说明】
非均衡无线传感器网络室内定位装置
技术领域
[0001]本实用新型属于智能仓储领域,具体涉及一种应用于智能仓储中非均衡无线传感器网络环境下的室内定位增强装置。
【背景技术】
[0002]室内定位是智能仓储的基本支撑功能,室内定位包括对货物的定位和对搬运车辆的定位。在数字化智能仓储系统中,为了提供货物在仓储中的空间位置,目前广泛采用的一种方法是划分仓储货位,利用信息化仓储管理系统,在加强管理的基础上,做到货物的账物相符,在信息化管理系统的指引下找到相应的货物。
[0003]信息化仓储系统实现货物位置的数字化,成本低,使用灵活,缺点在于,在日常维护过程中,由于各种原因造成货物的移动无法在信息化管理系统内得到及时准确地更新,要实现高效的账物相符,需要建立一整套管理体制才行。
[0004]建立在无线传感器基础上的新型智能仓储,为每一个货物(或者托盘)安装一个标示身份和货物信息的电子标签,这种电子标签根据供电类型可分为无源和有源两种:无源电子标签自身不带电池,其通过接收来自阅读器的无线电能量,激发存储数据进而实现与读写器的通信,成本低,但是有效距离短,信号不稳定;有源电子标签自带电池,其通过内嵌无线传感器芯片实现与读写器的通信,虽然成本较高,但是有效距离长,信号稳定。
[0005]采用具有定位功能的无线传感器芯片的有源电子标签,可以组成无线传感器网络,不仅能够实现数据通信,而且可以通过测量和多个固定无线传感器节点之间的距离,实现移动无线传感器节点的室内定位。
[0006]具体来说,在现实智能仓储现场,一般情况下附着在货物上的无线传感器节点其位置较为固定,数量也多,称其为固定无线传感器节点,这些固定无线传感器节点是作为附着在叉车等运动设备上的移动无线传感器节点的定位基准点,在具体实现上,由于货物堆放的位置并不确定,造成固定无线传感器节点的分布非均衡,非均衡体现在,仓储的部分空间中,堆放有大量的货物,相对来说固定无线传感器节点数量多、密度高,则定位精度较高,这形成固定节点稠密区域,而仓储的另一部分空间中,堆放货物数量少,固定无线传感器节点数量少、密度低,造成定位精度较低,这形成固定节点稀疏区域。
[0007]在技术上,无线天线的朝向对于无线通信定位的精度具有十分显著的影响,一般情况下,无线传感器节点的天线都是精简尺寸,整体安装,无线传感器节点的天线一般不会自动地调整朝向,但对于移动无线传感器节点来说,当处于非均衡的固定无线传感器节点环境下,当进入固定无线传感器节点数量少、定位精度较低的固定节点稀疏区域时,天线如果能自动调整信号朝向以指向远程无线传感器节点的话,其无线通信的定位精度和通信强度可以得到很大增强。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型针对现有技术的上述不足,提供一种当处于固定节点稀疏区域内能自动调整天线朝向、无线通信的定位精度和通信强度增强的非均衡无线传感器网络室内定位
目.0
[0009]为了解决上述技术问题,本实用新型采用以下的技术方案:
[0010]非均衡无线传感器网络室内定位装置,包括叉车、固定在所述叉车上的移动无线传感器节点、外置于所述移动无线传感器节点上的无线天线、拖动所述无线天线旋转的步进电机,所述无线天线和所述移动无线传感器节点电气连接,所述步进电机的输出轴与所述无线天线直接连接或通过传动机构连接,所述移动无线传感器节点的主通信芯片连接所述步进电机的驱动芯片,所述步进电机的驱动芯片连接所述步进电机,所述无线天线为指向性天线,所述主通信芯片通过所述步进电机的驱动芯片控制步进电机拖动所述无线天线做水平圆周运动,在一周范围内探测出有用的远程无线传感器节点的方向,使所述无线天线被拖动指向该有用的远程无线传感器节点,所述移动无线传感器节点和该远程无线传感器节点之间的通信强度得到增强,所述移动无线传感器节点、步进电机、以及无线天线安装在所述叉车的顶端。
[0011]当叉车进入固定节点稀疏区域时,移动无线传感器节点的主通信芯片发出指令使步进电机旋转一周,以测得旋转一周范围内有用的固定无线传感器节点的方向,之后拖动所述无线天线指向该有用的固定无线传感器节点,于是移动无线传感器节点和远程无线传感器节点之间的通信强度得到增强。
[0012]进一步,所述步进电机的输出轴通过齿轮传动机构连接所述无线天线,所述齿轮传动机构用于调节步进电机和带动无线天线转动的输出轴的传动比,所述齿轮传动机构包括与所述步进电机的输出轴固接的主动齿轮、与所述无线天线的底端固接的从动齿轮,所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合传动。
[0013]进一步,所述无线天线为弧片型的指向性天线,该无线天线与从动齿轮的输出轴竖向固定连接。
[0014]作为优选,所述移动无线传感器节点采用CC2530作为无线传感器的主通信芯片。
[0015]作为优选,所述步进电机选用12V、42步、33M的42BYGH33-1334A型的小型步进电机,该步进电机由TMC429驱动芯片控制。
[0016]作为优选,所述无线天线采用2.4G高增益指向性无线天线。
[0017]优选地,所述移动无线传感器节点、步进电机、以及无线天线安装在所述叉车的背部顶端,所述移动无线传感器节点与叉车的背部顶端固定连接。
[0018]优选地,所述步进电机和齿轮传动机构可以为一体连接结构,二者封装在同一壳体内。一体结构和封装使得二者连接结构更加稳固和紧凑。
[0019]本实用新型的有益效果在于:进入智能仓储的固定节点稀疏区域后,移动无线传感器节点外置的无线天线能自动调整天线朝向,以指向有用的远程无线传感器节点,保留原有智能仓储布局和电气条件不变动的情况下提高了无线通信的定位精度和通信强度,具有显著的经济价值和广泛的行业应用前景。
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型非均衡无线传感器网络室内定位装置实施例的系统环境图。
[0021]图2为本实用新型非均衡无线传感器网络室内定位装置实施例的结构图。
[0022]图3为本实用新型非均衡无线传感器网络室内定位装置实施例的电路控制图。
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0024]图1为本实用新型非均衡无线传感器网络室内定位装置实施例的系统环境图。固定无线传感器节点附着在货物上,智能仓储内由于货垛102分布不均衡,形成固定节点稀疏区域100和固定节点稠密区域101这两种不同的定位区域,固定节点稀疏区域100内的固定无线传感器节点较少,固定节点稠密区域101内的固定无线传感器节点较多。多个固定无线传感器节点可用于附着在叉车上的移动无线传感器节点的定位,通常地,一个移动无线传感器节点的定位起码要相对其周围的四个固定无线传感器节点的距离来测量得到。
[0025]图1中,固定节点稠密区域101内叉车103离第一固定无线传感器节点201、第二固定无线传感器节点202、第三固定无线传感器节点203、第四固定无线传感器节点204、第五固定无线传感器节点205、第六固定节点无线传感器节点206都较近,因此无线通信的定位精度较高;而固定节点稀疏区域100内叉车103离第三无线传感器节点203、第五无线传感器节点205、第六无线传感器节点206较远,因此无线通信的定位精度较低。(固定节点稀疏区域100内选择202,205,206的原因是,203直通没有阻挡,205、206较近,而204在206、205的侧边,可能因反射而减弱了信号,201、202被稠密区域内的叉车103阻挡,所以不采用。)
[0026]本实施例通过以下技术方案解决智能仓储内的固定节点稀疏区域无线通信定位精度较低,导致通信强度弱的问题。
[0027]图2为本实用新型非均衡无线传感器网络室内定位装置实施例的结构图,非均衡无线传感器网络室内定位装置,包括叉车103、固定在叉车103上的移动无线传感器节点301、外置于移动无线传感器节点301上的无线天线303、拖动无线天线303旋转的步进电机302,所述无线天线303和所述移动无线传感器节点301电气连接,所述步进电机302的输出轴与所述无线天线303直接连接或通过传动机构连接,本实施例中,所述步进电机302的输出轴通过齿轮传动机构连接所述无线天线303,所述齿轮传动机构包括与所述步进电机302的输出轴固接的主动齿轮、与所述无线天线303的底端固接的从动齿轮,所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合传动。所述步进电机302和无线天线303之间也可以采用其他传动机构传动连接。所述移动无线传感器节点301、步进电机302、以及无线天线303安装在所述叉车103的顶端。
[0028]如图2所示,本实施例中,所述无线天线303为弧片型的指向性天线,该无线天线303与齿轮传动机构的从动齿轮的输出轴竖向固定连接。本实施例中,所述无线天线303采用2.4G高增益指向性无线天线。
[0029]图3为本实用新型非均衡无线传感器网络室内定位装置实施例的电路控制图。所述移动无线传感器节点301的主通信芯片连接所述步进电机的驱动芯片,所述步进电机的驱动芯片连接所述步进电机302,本实施例中,所述移动无线传感器节点301采用CC2530作为无线传感器的主通信芯片,所述步进电机302选用12V、42步、33M的42BYGH33-1334A型的小型步进电机,该小型步进电机的驱动芯片采用TMC429驱动芯片。所述主通信芯片CC2530通过所述步进电机的驱动芯片TMC429控制步进电机302拖动所述无线天线303做水平圆周运动,当所述无线天线303被拖动指向远程无线传感器节点时,所述移动无线传感器节点301和远程无线传感器节点之间的通信强度得到增强。
[0030]具体来说,当叉车103进入固定节点稀疏区域100时,由于周围的固定无线传感器节点较少,附着在叉车103上的所述移动无线传感器节点301感知到的无线测距信号大幅减弱,于是主通信芯片CC2530通过驱动芯片TMC429控制步进电机302开始旋转一周,以测得旋转一周的360度范围内各个位置探测到的能量指数,从而确定有用的远程无线传感器节点的方向,之后主通信芯片CC2530再发出指令,通过驱动芯片TMC429控制步进电机的转角,使无线天线303指向该有用的远程无线传感器节点,如此,所述移动无线传感器节点301和该远程无线传感器节点的通信能力得到增强,固定节点稀疏区域内无线通信的定位精度和通信强度得到很大增强。
[0031]如图2所示,本实施例中,所述移动无线传感器节点301、步进电机302、以及无线天线303安装在所述叉车103的背部顶端,所述移动无线传感器节点301与叉车103的背部顶端固定连接。
[0032]本实施例中,所述步进电机302和齿轮传动机构可以为一体连接结构,二者封装在同一壳体内。一体结构和封装使得二者连接结构更加稳固和紧凑。
[0033]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.非均衡无线传感器网络室内定位装置,其特征在于:包括叉车、固定在所述叉车上的移动无线传感器节点、外置于所述移动无线传感器节点上的无线天线、拖动所述无线天线旋转的步进电机,所述无线天线和所述移动无线传感器节点电气连接,所述步进电机的输出轴与所述无线天线直接连接或通过传动机构连接,所述移动无线传感器节点的主通信芯片连接所述步进电机的驱动芯片,所述步进电机的驱动芯片连接所述步进电机,所述无线天线为指向性天线,所述主通信芯片通过所述步进电机的驱动芯片控制步进电机拖动所述无线天线做水平圆周运动,在一周范围内探测出有用的远程无线传感器节点的方向,使所述无线天线被拖动指向该有用的远程无线传感器节点,所述移动无线传感器节点和该远程无线传感器节点之间的通信强度得到增强,所述移动无线传感器节点、步进电机、以及无线天线安装在所述叉车的顶端。2.如权利要求1所述的非均衡无线传感器网络室内定位装置,其特征在于:所述步进电机的输出轴通过齿轮传动机构连接所述无线天线,所述齿轮传动机构用于调节步进电机和带动无线天线转动的输出轴的传动比,所述齿轮传动机构包括与所述步进电机的输出轴固接的主动齿轮、与所述无线天线的底端固接的从动齿轮,所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合传动。3.如权利要求1所述的非均衡无线传感器网络室内定位装置,其特征在于:所述无线天线为弧片型的指向性天线,该无线天线与步进电机的输出轴或者传动机构的输出轴竖向固定连接。4.如权利要求1-3之一所述的非均衡无线传感器网络室内定位装置,其特征在于:所述移动无线传感器节点采用CC2530作为无线传感器的主通信芯片。5.如权利要求1-3之一所述的非均衡无线传感器网络室内定位装置,其特征在于:所述步进电机选用12V、42步、33M的42BYGH33-1334A型的小型步进电机,该步进电机由TMC429驱动芯片控制。6.如权利要求1-3之一所述的非均衡无线传感器网络室内定位装置,其特征在于:所述无线天线采用2.4G高增益指向性无线天线。7.如权利要求1-3之一所述的非均衡无线传感器网络室内定位装置,其特征在于:所述移动无线传感器节点、步进电机、以及无线天线安装在所述叉车的背部顶端,所述移动无线传感器节点与叉车的背部顶端固定连接。8.如权利要求2所述的非均衡无线传感器网络室内定位装置,其特征在于:所述步进电机和齿轮传动机构可以为一体连接结构,二者封装在同一壳体内。
【文档编号】H04W84/18GK205666957SQ201620537957
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月6日
【发明人】傅培华, 朱善安
【申请人】浙江大学
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