一种二维的定位系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种二维的定位系统。
【背景技术】
[0002]目前的人员定位产品多采用无线射频(RFID)和基于场强的ZigBee技术，从原理上来说只是解决在信号覆盖区域内有和没有的问题，因此极易受到矿井下电磁干扰等复杂条件的限制，无法真正实现井下定位信号的全覆盖，能够实现的定位只属于区域定位。虽然有些定位产品通过漏泻电缆或WIFI等技术实现了所谓的定位信号全覆盖，但定位误差都非常大，基本上都要大于10米，因此，这样的定位精度不是真正意义上的精确定位，无法满足市场上各行业对精确定位的需求。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于解决上述现有技术的缺陷，提供一种能够实现矿井下作业人员或设备在二维空间上的精确定位，在定位精度上实现误差小于3米，性能上相对于现有产品有大幅度提升的二维的定位系统。
[0004]—种二维定位系统，包括:
[0005]上位机，用于根据读卡器的固定位置以及读卡器发送的信息来实现标识卡的线性定位;同时记录下标识卡的位置信息并以图形的方式显示将其显示出来；
[0006]读卡器，与所述上位机通过CAN总线或以太网实现有线的数据通讯；用于将自己所在区域内的所有标识卡信息收集上来进行处理后发给上位机，并将上位机的发送的指令传达给标识卡；
[0007]标识卡，与所述读卡器通过ZigBee网络进行无线的数据连接；用于通过ZigBee无线网络根据向读卡器发送指令和从读卡器接收指令的时间差来计算标识卡与读卡器之间的距离，并将该距离信息发送给读卡器。
[0008]进一步地，如上所述的二维定位系统，所述读卡器包括第一MCU模块、与MCU模块连接的激活电路模块，所述激活电路模块用于通过125K载波信号与该读卡器所在区域内的所有标识卡进行联络，以控制标识卡进入激活、休眠或高频发送定位信息状态。
[0009]进一步地，如上所述的二维定位系统，所述读卡器包括与第一MCU模块连接的2.4GHz高频接收模块、125KHz低频接收模块，所述高频接收模块用于与读卡器所在区域内30米以上距离的标识卡进行通信;所述低频接收模块用于与读卡器所在区域内小于30米距离的标识卡进行通信。
[0010]进一步地，如上所述的二维定位系统，所述读卡器包括与第一MCU模块连接的声光报警电路模块、红外遥控、液晶显示电路模块、串行存储模块、FSK/CAN模块、网络接口电路模块。
[0011]进一步地，如上所述的二维定位系统，所述读卡器包括3.3V电源模块和5V电源模块;其中，3.3V电源模块为第一MCU模块、串行存储模块、FSK/CAN模块、网络接口电路模块、高频接收模块、低频接收模块、红外遥控、液晶显示电路模块提供电能，5V电源模块为声光报警电路模块提供电能。
[0012]进一步地，如上所述的二维定位系统，所述标识卡包括第二MCU模块、与第二 M⑶模块连接的低频唤醒电路模块;所述低频唤醒电路模块与读卡器的激活电路模块相对应，用于通过125K载波信号与读卡器进行联络，以接收和执行读卡器发出的激活、休眠或高频发送定位信息的控制命令。
[0013]进一步地，如上所述的二维定位系统，所述标识卡包括与第二M⑶模块连接的LED灯电路、马达控制电路模块、电源模块;所述电源模块为LED灯电路、马达控制电路模块、低频唤醒电路模块提供电能。
[0014]本发明将信号飞行时间(TOF)计算距离的概念引入矿井作业人员的定位系统，从而提供了能够精确定位的二维的定位系统。现有的定位技术属于区域定位，而本申请则属于精确定位，区域定位指的是能确定标识卡进入了几百米或上千米区域内，但在这个区域内的具体位置是不确定的，而本申请的精确定位能将标识卡的位置信息锁定在3米以内，在某些特定的区域还可以将位置信息精确到厘米。相对于几百到上千米的区域，定位精度提高了几百甚至上千倍。现有的读卡器所能覆盖的信号范围只有30多米，空旷的环境下也不足100米，本申请中所用的读卡器空旷环境下的信号覆盖范围是1000米以上，在巷道内也能达到400米以上。所以在信号全覆盖的情况下读卡器的安装成本将会降低80%以上。
【附图说明】
[0015]图1为发明二维的定位系统系统结构图；
[0016]图2为本发明定位计算示意图；
[0017]图3为本发明读卡器结构图；
[0018]图4为本发明标识卡结构图。
【具体实施方式】
[0019]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0020]本发明提供的二维的定位系统系统由三部分组成，如图1所示，一个上位机可以和多个读卡器相连接，它们之间通过CAN总线或以太网实现有线的数据通讯，读卡器的多少可以根据定位区域大小来确定数量，最多可达到64或128个，读卡器和标识卡之间通过ZigBee网络进行无线的数据连接，每个读卡器信号区域内可最多可容纳80张标识卡，当一张标识卡同时处于多个读卡器所在区域时，该张标识卡可以同时和多个读卡器连接。
[0021 ] 上位机
[0022]上位机是整个系统的核心，它负责所有读卡器以及标识卡等相关数据的处理。标识卡与某一读卡器的距离可以实时传送给上位机，上位机可以通过这一信息实现标识卡的线性定位；当标识卡与多个读卡器的距离同时传给上位机时，上位机就可以通过读卡器的固定位置信息，准确的计算出标识卡的精确位置。如图2所示，读卡器1、读卡器2和两读卡器之间的距离D12已知，通过Dl和D2就可以计算出标识卡的位置；同理可以通过读卡器2和读卡器3也可以计算出标识卡的位置，这两个位置可能会出现误差，通过一定的算法把误差降到最小从而也就得到了读卡器的精确位置。得到标识卡的位置以后，再通过后台的加工处理，将标识卡的位置信息以图形的形式显示出来，给人以最直观的感觉。它还负责将标识卡的位置信息记录下来，方便人们在需要时查阅。
[0023]读卡器
[0024]读卡器起到呈上启下的作用，它负责将在自己区域内的所有标识卡的信息收集上来，根据读卡时间或卡的距离进行排序处理后发给上位机，将上位机的呼叫、校时、激活、休眠等指令传达给标识卡。安装在出入井口，限制区域等特殊位置的读卡器还有一项更重要的任务，就是控制进入本区域的标识卡进入激活、睡眠或高频发送位置信息状态。处于激活状态的标识卡进入正常工作状态可以让其它读卡器识别;处于睡眠状态的标识卡将不再工作，以节省电能;处于高频发送状态的标识卡发送位置信息的频率为通常发送频率的5倍，以进一步提高定位的精度。读卡器电路功能框图如图3所示，各部分功能表述如下:
[0025]电源部分
[0026]读卡器需要5V和3.3V两个电压等极，所以输入电源经过两个防反接的二极管后，先经过一个开关DC-DC电源芯片将电压变成5V，供电路中需要5V的芯片和电路模块使用，5V电又经过一个LDO转成3.3 V，供电路中需要3.3 V的芯片和电路模块使用。
[0027]高频接收模块
[0028]读卡器只接收两个方向的无线信号，所以在读卡器外侧安装两个定向天线，在电路设计上采用了两个接收模块来完成两个方向无线数据的接收，高频接收模块负责将接收到的2.4G无线信号转成MCU模块可识别的串行数字信号并传给MCU模块，还可以将MCU模块发出的指令通过2.4G无线信号传送出去。
[0029]低频接收模块
[0030]所述低频接收模块用于与读卡器所在区域内小于30米距离的标识卡进行通信。
[0031]串行存储模块
[0032]串行存储是一个大的数据存储区，平时存储一些第一MCU模块需要的临时性数据，一旦通讯线路连接不上的时候，读卡器所采集到的标识卡信息都将存储到这里，当通讯线路恢复正常的时候，第一 MCU模块将数据取出传送出去。
[0033]FSK/CAN 模块
[0034]本部分电路是通讯电路中的一部分，当插上FSK模块时可以进行FSK通讯，第一 MCU模块读取到的标识卡数据信息通过FSK总线传递给上位机；当插上CAN模块时可以进行CAN通讯，第一 MCU读取到的标识卡数据信息通过CAN总线传递给上位机；
[0035]激活电路模块
[0036]本部分电路是由第一M⑶模块发出激活信号，经激活电路转化以后，通过125K的载波将信号传递给功率天线，再通过功率天线将信号传递出去，来激活在读卡器附近的标识卡或者使标识卡进入休眠状态。
[0037]红外遥控、液晶显示电路模块
[0038]本电路是人机交互部分电路，红外遥控电路接收遥控器发出的操作指令传递给第一MCU模块，第一MCU模块通过处理，将需要显示的数据通过液晶显示电路传递给液晶，需要发送的数据通过相应的通讯端口向外传递。
[0039]声光报警电路模块
[0040]当需要声光报警时，第一MCU模块发出声光报警信号，声光报警电路将报警信号转换成声报警器和光报警器可以识别的电信号，分别发出声报警和光报警。
[0041 ] 网络接口电路模块
[0042]本部分电路也是通讯接口电路中的一部分，也是以太网的物理层，本电路接收上位机通过以太网传递过来的数据指令，将指令传递给第一 MCU模块，第一 MCU模块通过该电路模块将标识卡的ID号码、距离和时间等数据信息传递给上位机。
[0043]第一MCU 模块
[0044]第一MCU模块是本读卡器的核心器件，它负责对本读卡器各部分电路的协调工作。处理各数据接口传递过来的数据或指令，通过各数据接口向外发送数据。接收通过高频接收模块或低频接收模块接收的标识卡信息，在液晶屏上显示相应的信息，需要报警时发出声光报警信号。当通讯出现故障时存储相应的数据。
[0045]标识卡
[0046]标识卡是整个系统的最末端，却是定位信息产生的原头。当标识卡被激活处于工作状态以后，它将时刻扫描自己所处的无线网络，当它入网以后，通过ZigBee无线网络向读卡器发出特殊指令，读卡器将指令返回，标识卡再接收到指令，通过接收到指令和发出指令的时间差计算出标识卡与读卡器之间的距离通，并将此计算结果发送到读卡器。由于采