一种基于UWB的消防灭火器定位系统的制作方法

本发明涉及消防器材领域，尤其涉及一种基于uwb的消防灭火器定位系统。

背景技术：

时间在火灾事故抢救中至关重要，多一分钟，可能就救回一条生命，因此才火灾事故抢救中，明确消防灭火器的位置十分重要，尤其在室内环境空间结构多样、设施繁多的场合，无法最快时间找到消防灭火器是十分致命的问题。

专利号为cn205434778u的文献公开了一种消防灭火器监控系统，通过对灭火器放置的消防箱的柜门，灭火器的重量进行监控，使监控人员能够获知灭火器被移动或泄露的情况，同时安装监控进行监督，另增设电子标签，实时监控灭火器的去向，但也存在一定缺点，硬件设备复杂，成本高，定位也不是很精准。

技术实现要素：

本发明通过uwb定位来实现大型商场内消防灭火器的精准定位，同时通过灭火器的定位变化，本发明的实施例提供了一种基于uwb的消防灭火器定位系统。

本发明的实施例提供一种基于uwb的消防灭火器定位系统，包括第一uwb模块、与所述第一uwb模块相同的三第二uwb模块和监控端，所述第一uwb模块固定于所述灭火器上，三所述第二uwb模块设置于定位空间内预设位置，每一所述uwb模块均包括uwb标签以及依次电连接的uwb信号接收器、微处理器、无线通信芯片和电源，所有uwb标签发射射频信号，所述第一uwb模块的uwb信号接收器接收三所述第二uwb模块的uwb标签发射的射频信号，根据接收的射频信号所述第一uwb模块的微处理器计算出其至每一所述第二uwb模块的距离，每一所述第二uwb模块的uwb信号接收器接收另外两所述第二uwb模块的uwb标签发射的射频信号，且根据接收的射频信号所述该第二uwb模块的微处理器计算出其至另外两所述第二uwb模块的距离，所述第一uwb模块和三所述第二uwb模块的无线通信芯片分别将距离信息传输至所述监控端，所述监控端根据距离信息计算所述第一uwb模块的位置信息，具体计算方法为：

以各第二uwb模块坐标(xi，yi)(i＝1，2，3)为圆心，第一uwb模块坐标(x，y)到三个第二uwb模块的距离di(i＝1，2，3)为半径画圆，三个圆的交点坐标即为灭火器的坐标，

由此可以得到以下三元二次方程组：

(x1-x)²+(y1-y)²＝d1²(1)

(x2-x)²+(y2-y)²＝d2²(2)(1.1)

(x3-x)²+(y3-y)²＝d3²(3)

(1)-(2)得

(x1²+y1²)-(x2²+y2²)-2(x1-x2)x-2(y1-y2)y＝d1²-d2²(1.2)

(1)-(3)得

(x1²+y1²)-(x3²+y3²)-2(x1-x3)x-2(y1-y3)y＝d1²-d3²(1.3)

将1.2、1.3转化为矩阵形式：

式1.4可以简化为：

altag＝b(1.5)

其中

所以第一uwb模块的坐标为：

ltag＝a^-1b(1.6)

其中

进一步地，所述第一uwb模块的微处理器通过双路测距原理分别计算出所述第一uwb模块至每一所述第二uwb模块的距离。

进一步地，所述监控端采用tdoa定位法，根据所述第一uwb模块至每一所述第二uwb模块的距离和三所述第二uwb模块相互之间的距离计算出所述第一uwb模块的坐标。

进一步地，所述监控端为pc端，所述pc端对所述位置信息进行处理并图形显示。

进一步地，所述微处理器为stm32微处理器，型号为stm32f103。

进一步地，所述uwb信号接收器为dwm1000芯片，所述dwm1000芯片集成dw1000芯片、天线、电源管理和时钟电路。

进一步地，所述无线通信芯片为433mhzradio芯片。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的一种基于uwb的消防灭火器定位系统，所述第一uwb模块附着于灭火器随着灭火器移动，三所述第二uwb模块作为确定所述第一uwb模块的参考点，通过uwb定位来实现灭火器的精准定位，实现定位功能的硬件设备相对简单，成本低，定位信息可远程查看，方便快捷，在火灾时，通过灭火器的定位信息快速找到灭火器，以及根据灭火器位置的变化，判断火势区域，及时施救，在火灾发生时为消防人员节省时间，减少人员伤亡，定位精准，低成本，结构简单。

附图说明

图1是本发明一种基于uwb的消防灭火器定位系统的示意图；

图2是dwm1000芯片的引脚连接示意图；

图3是stm32f103芯片引脚连接示意图；

图4是tdoa定位法的原理图；

图5是pc端图形显示第一uwb模块坐标的界面。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本发明的实施例提供了一种基于uwb的消防灭火器定位系统，用于平面空间内的灭火器定位，尤其适用于大型商场内消防灭火器的精准定位，包括第一uwb模块、与所述第一uwb模块相同的三第二uwb模块和监控端。

所述第一uwb模块固定于所述灭火器上跟随所述灭火器的移动，所述第一uwb模块包括uwb标签，以及依次电连接的uwb信号接收器、微处理器、无线通信芯片和电源，所述uwb标签可发射射频信号，本实施例中所述uwb信号接收器为dwm1000芯片，所述dwm1000芯片集成dw1000芯片、天线、电源管理和时钟电路，所述天线可接收所述uwb标签发射的射频信号，所述电源管理和时钟电路为所述dwm1000芯片供电和控制所述dw1000芯片接收或发射信号。所述微处理器为stm32微处理器，型号为stm32f103芯片，所述无线通信芯片为433mhzradio芯片，请参考图2和图3，芯片stm32f103的引脚分配采用电子积木的形式与dwm1000进行级联,dwm1000的spimiso引脚接芯片stm32f103的pa6实现数据的输出，spimosi引脚接芯片stm32f103的pa7实现数据的输入，spiclk为通信时钟，spicsn由高电平到低电平的改变，即为通信的开始。

三所述第二uwb模块设置于定位空间内预设位置，即将三所述第二uwb模块固定于平面空间内的固定位置，所述第二uwb模块和所述第一uwb模块相同，所有uwb标签发射视频信号，所述第一uwb模块的dwm1000芯片接收三所述第二uwb模块的uwb标签发射的射频信号，且所述第一uwb模块的微处理器基于双路测距原理计算出所述第一uwb模块至各所述第二uwb模块的距离，每一所述第二uwb模块的dwm1000芯片接收另外两所述第二uwb模块的uwb标签发射的射频信号，且该所述第二uwb模块的微处理器基于双路测距原理计算出该第二uwb模块至另外两所述第二uwb模块之间的距离。

所述监控端为pc端，所述第一uwb模块和三所述第二uwb模块的无线通信芯片分别将距离信息传输至所述pc端，所述pc端采用tdoa定位法，根据距离信息计算出所述第一uwb模块的坐标，具体计算方法如下：

请参考图4，以各第二uwb模块(s0、s1、s2)坐标(xi,yi)(i＝1,2,3)为圆心，第一uwb模块tag_0(x,y)到三个第二uwb模块的距离di(i＝1,2,3)为半径画圆，三个圆的交点坐标即为标签tag_0(灭火器)的坐标。

由此可以得到以下三元二次方程组：

(x1-x)²+(y1-y)²＝d1²(1)

(x2-x)²+(y2-y)²＝d2²(2)(1.1)

(x3-x)²+(y3-y)²＝d3²(3)

(1)-(2)得

(x1²+y1²)-(x2²+y2²)-2(x1-x2)x-2(y1-y2)y＝d1²-d2²(1.2)

(1)-(3)得

(x1²+y1²)-(x3²+y3²)-2(x1-x3)x-2(y1-y3)y＝d1²-d3²(1.3)

将1.2、1.3转化为矩阵形式：

式1.4可以简化为：

altag＝b(1.5)

其中

所以第一uwb模块的坐标为：

ltag＝a^-1b(1.6)

其中

请参考图4，所述pc端对第一uwb模块的坐标、所述第一uwb模块至各所述第二uwb模块的距离、以及三所述第二uwb模块相互之间的距离进行处理并图形显示。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。