一种基于LoRa和电子地标的自主定位装置的制作方法

本实用新型涉及一种自主定位装置，具体涉及一种基于LoRa和电子地标的自主定位装置。

背景技术：

物联网已经成为一个耳熟能详的行业名词，它通过射频识别、红外感应器、激光扫描等信息传感设备，基于相关协议将任何物品与互联网相连接并进行信息交换。目前，物联网已在物流追踪、智能家居、农业大棚监控、环境监测等领域得到了广泛的应用，然而这些应用均离不开地理位置信息的支持。因此，如何对目标进行自主定位，获取目标的地理位置信息已经成为物联网研究的重要方向。

当前已经有为数众多的技术方案为用户提供自主定位装置，但是它们仍然有改进之处。2015年国家知识产权局公布的由李会玲申报，中国专利号为201520581658.6《一种采用物联网技术设计的监控定位系统》的专利，提出了一种利用射频识别的精准定位，同时利用视频监测进行全息监测被定位目标的周边实时信息，并能将目标位置信息和视频监测信息发往后台进行存储、分析和目标定位的系统。2016年国家知识产权局公布的由杜大才申报，中国专利号为201610902300 .8《基于LoRa传输的定位追踪系统及方法》的专利，提出了一种传输距离远、功耗低的基于LoRa传输的定位追踪系统及方法。2011年中国知识产权局公布的由周生团申报，中国专利号为201110420213.6《物联网物体定位系统及方法》的专利，提出一种利用高频标签和低频标签物体定位系统及方法。2010年中国知识产权局公布的由殷丽华申报，中国专利号为201010228689.5《物联网中的定位系统及其部署方法和装置》的专利，提出一个全球范围内的目标定位系统，实现全球范围内目标的高精度、低成本定位。在上述自主定位装置中，尽管有的提出了较好的定位策略，但是部署时间长、成本高昂，不利于大规模使用。有的提出了功耗低、成本低的定位构思，但却是泛泛陈述却没有给出具体的实施方案，未能有效解决自主定位装置的设计和生产问题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是现有技术存在的，或因定位装置的结构复杂不能在短时间内部署，或因产品功耗问题使得自主定位装置不能长时间使用。本实用新型提供了一种基于LoRa和电子地标的自主定位装置，既能够在短时间内部署系统，又能够工作在低功耗的状态，延长使用时间，并能够降低系统生产成本。

本实用新型提供了一种基于LoRa和电子地标的自主定位装置，既能实现低成本大规模的便捷部署，又能应用在长距离和低功耗的场景，既结构简单、又经济实用。为解决上述技术问题，本实用新型采用技术方案的基本构思如下。

一、数据传输采用LoRa物联网传输技术。LoRa技术相比现有局域网的2.4GHz的WIFI、蓝牙、ZigBee等无线技术，广域网的2G、3G、4G、5G等无线技术，具有远距离，低功耗、多节点、低成本的特点，无需在远距离和低功耗两者之间进行平衡选择，做到了两者皆可兼顾，最大程度地实现了更长距离通信和更低功耗。尽管LoRa技术的数据速率较低，但却延长了电池的寿命、增加了网络的容量、增强了建筑物的穿透力。LoRa的上述技术特点更适合于低成本大规模的物联网部署。

二、在自主定位装置部署区域的中心点架设一台LoRa网关路由器，即可覆盖半径为15公里的区域范围；若部署区域半径超过15公里，则通过分布式架设多台LoRa网关路由器协同工作。

三、电子地标为存储该电子地标所在地理位置的信息，且具有LoRa无线通信能力的装置。电子地标定时向其通信范围内的区域发送地理位置信息，自主定位装置能够根据来自不同电子地标的地标信息计算其自身位置。优选的，自主定位装置接收到的来自不同电子地标的地标信息至少为三个。

四、根据不同部署区域中所需定位的目标对象数量和信息交换的次数，确定电子地标覆盖的密度，进而电子地标以一定密度部署实现对部署区域的多重地标信息覆盖，即部署区域内的任意位置均能够接收到来自多个电子地标发送的地标信息，实现最有效且最快捷地部署电子地标。

五、自主定位装置在接收到来自不同电子地标的地标信息后，通过TOA(Time of Arriving，到达时间算法)、TDOA(Time Difference Of Arrival，到达时间差算法)等自主定位算法进行自身位置的定位。

六、在电子地标管理主机的地标管理数据库中，存储所有已部署的电子地标的三元组信息（电子地标的LoRa芯片ID、电子地标的部署地理位置信息、电子地标的管理用户）。电子地标管理主机通过LoRa网关路由器定时接收来自电子地标工作状态和电量状态的信息，及时发现并报告故障的电子地标，告知电子地标的管理用户维护电子地标的正常运行。

根据上述的实用新型构思，本实用新型的技术方案是这样实现的：一种基于LoRa和电子地标的自主定位装置，其特征是它包括若干台LoRa网关路由器、若干个电子地标、电子地标管理主机、手机基站、电子地标管理用户、若干个被部署在被定位目标对象的自主定位装置。

所述的LoRa网关路由器，是覆盖整个部署区域的，单台LoRa网关路由器或者分布式协同工作的多台LoRa网关路由器。

所述的电子地标，是以一定密度部署实现对部署区域的多重地标信息覆盖，使得部署区域内的任意位置均能够接收到来自多个电子地标发送的地标信息。电子地标存储其所在地理位置信息、定时向其通信范围内的区域发送地理位置信息、并定时通过LoRa网关路由器向电子地标管理主机发送其工作状态和电量状态信息。

所述的电子地标管理主机，是设有电子地标管理数据库的地标管理主机；其中，电子地标管理数据库存储所有已部署的电子地标的三元组信息（电子地标的LoRa芯片ID、电子地标的部署地理位置信息、电子地标的管理用户）；电子地标管理主机通过LoRa网关路由器定时接收来自电子地标工作状态和电量状态的信息，判断是否存在故障并以其LoRa芯片ID信息为关键字搜索电子地标管理数据库，匹配得到故障电子地标的三元组信息（电子地标的LoRa芯片ID、电子地标的部署地理位置信息、电子地标的管理用户），读取三元组信息中故障电子地标的管理用户信息、故障电子地标的部署地理位置信息，并形成故障电子地标记录的三元组信息（故障时间点、故障电子地标的部署地理位置信息、故障电子地标的管理用户），记录在电子地标管理数据库；电子地标管理主机通过手机基站，以短信方式、微信方式、手机APP方式中的任意一种方式进行信息传输，向电子地标的管理用户发送故障电子地标记录三元组信息，告知故障电子地标的管理用户维护电子地标的正常运行。

所述的手机基站，是提供手机通信相关服务的手机通信运营商设立的手机基站。

所述的电子地标管理用户，是通过手机接收以短信方式、微信方式、手机APP方式中的任意一种信息传输方式发送的故障电子地标记录三元组信息。

所述的自主定位装置，是指整个部署区域内的若干个自主定位装置，接收到来自三个及以上电子地标的地理位置信息，通过自主定位算法计算自身的地理位置信息。

所述的一种基于LoRa和电子地标的自主定位装置的具体的工作流程步骤如下。

步骤1： 根据不同部署区域中所需定位的目标对象数量和信息交换的次数，确定电子地标覆盖的密度。

步骤2：根据部署密度部署电子地标，测定并设置电子地标部署的地理位置信息。

步骤3：电子地标管理主机通过LoRa网关路由器定时接收来自电子地标工作状态和电量状态的信息，判断是否存在故障并以其LoRa芯片ID信息为关键字搜索电子地标管理数据库，匹配得到故障电子地标的三元组信息（电子地标的LoRa芯片ID、电子地标的部署地理位置信息、电子地标的管理用户），读取三元组信息中故障电子地标的管理用户信息、故障电子地标的部署地理位置信息，并形成故障电子地标记录的三元组信息（故障时间点、故障电子地标的部署地理位置信息、故障电子地标的管理用户），记录在电子地标管理数据库。

步骤4：电子地标管理主机通过手机基站，以短信方式、微信方式、手机APP方式中的任意一种方式进行信息传输，向电子地标的管理用户发送故障电子地标记录三元组信息，告知故障电子地标的管理用户维护电子地标的正常运行。

步骤5：自主定位装置接收到来自其周围三个及以上电子地标的地理位置信息，通过自主定位算法计算自身的地理位置信息。

本实用新型具体的技术效果是：既结构简单、又经济实用地实现了基于LoRa和电子地标的自主定位的功能，能满足低成本大规模的部署，又能应用在长距离和低功耗的场景。本实用新型具有成本低廉、使用方便、无线定位、多时间点式定位、定位区域可扩展性强、定位结果准确性强、计算效率高，系统实时性能强等特点和优点，有效地提高了定位的效率和性能。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

通过以下对本实用新型一种基于LoRa和电子地标的自主定位装置的实例结合其附图的描述，可以进一步理解本实用新型的目的、具体结构特征和优点。

图1为本实用新型的部署示意图。

图2为本实用新型的具体工作流程图。

图3为本实用新型的控制模块电路图。

图4为本实用新型的电源模块电路图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型一种基于LoRa和电子地标的自主定位装置的技术内容，特举以下实例详细说明。

如图1所示，本实用新型是这样实现的，它包括若干台LoRa网关路由器103、若干个电子地标102、电子地标管理主机104、手机基站106、电子地标管理用户107、若干个被部署在被定位目标对象的自主定位装置101。

所述的LoRa网关路由器103，是覆盖整个部署区域的，单台LoRa网关路由器或者分布式协同工作的多台LoRa网关路由器。

所述的电子地标102，是以一定密度部署实现对部署区域的多重地标信息覆盖，使得部署区域内的任意位置均能够接收到来自多个电子地标发送的地标信息。电子地标102存储其所在地理位置信息、定时向其通信范围内的区域发送地理位置信息、并定时通过LoRa网关路由器103向电子地标管理主机104发送其工作状态和电量状态信息。

所述的电子地标管理主机104，是设有电子地标管理数据库105的地标管理主机104；其中，电子地标管理数据库105存储所有已部署的电子地标102的三元组信息（电子地标102的LoRa芯片ID、电子地标102的部署地理位置信息、电子地标102的管理用户）；电子地标管理主机104通过LoRa网关路由器103定时接收来自电子地标102工作状态和电量状态的信息，判断是否存在故障并以其LoRa芯片ID信息为关键字搜索电子地标管理数据库105，匹配得到故障电子地标的三元组信息（电子地标102的LoRa芯片ID、电子地标102的部署地理位置信息、电子地标102的管理用户），读取三元组信息中故障电子地标的管理用户信息、故障电子地标的部署地理位置信息，并形成故障电子地标记录的三元组信息（故障时间点、故障电子地标的部署地理位置信息、故障电子地标的管理用户），记录在电子地标管理数据库105；电子地标管理主机104通过手机基站106，以短信方式、微信方式、手机APP方式中的任意一种方式进行信息传输，向电子地标的管理用户107发送故障电子地标记录三元组信息，告知故障电子地标的管理用户维护电子地标的正常运行。

所述的手机基站106，是提供手机通信相关服务的手机通信运营商设立的手机基站。

所述的电子地标管理用户107，是通过手机接收以短信方式、微信方式、手机APP方式中的任意一种信息传输方式发送的故障电子地标记录三元组信息。

所述的自主定位装置101，是指整个部署区域内的若干个自主定位装置101，接收到来自三个及以上电子地标102的地理位置信息，通过自主定位算法计算自身的地理位置信息。

本实施例的具体工作流程步骤如图2显示，步骤如下。

步骤201：根据不同部署区域中所需定位的目标对象数量和信息交换的次数，确定电子地标覆盖的密度。

步骤202：根据部署密度部署电子地标，测定并设置电子地标部署的地理位置信息。

步骤203：电子地标管理主机通过LoRa网关路由器定时接收来自电子地标工作状态和电量状态的信息，判断是否存在故障并以其LoRa芯片ID信息为关键字搜索电子地标管理数据库，匹配得到故障电子地标的三元组信息（电子地标的LoRa芯片ID、电子地标的部署地理位置信息、电子地标的管理用户），读取三元组信息中故障电子地标的管理用户信息、故障电子地标的部署地理位置信息，并形成故障电子地标记录的三元组信息（故障时间点、故障电子地标的部署地理位置信息、故障电子地标的管理用户），记录在电子地标管理数据库。

步骤204：电子地标管理主机通过手机基站，以短信方式、微信方式、手机APP方式中的任意一种方式进行信息传输，向电子地标的管理用户发送故障电子地标记录三元组信息，告知故障电子地标的管理用户维护电子地标的正常运行。

步骤205：自主定位装置接收到来自其周围三个及以上电子地标的地理位置信息，通过自主定位算法计算自身的地理位置信息。

本实施例的自主定位装置和电子地标的控制模块可选择STC、Atmel、TI、MicroChip、ARM等公司提供的STC12、MSP430、TMS、STM32、PIC、AVR等不同型号芯片来实现。进而，控制模块与其他模块的具体电路连接关系，完全取决于具体型号芯片所配备的用户手册之规定。本实施例采用的技术方案为：控制模块选用的是专为高性能、低成本、低功耗工程要求设计的、基于ARM Cortex-M3内核的STM32F103系列的处理器，用于构建自主定位装置和电子地标中功能控制的基本电路；电子地标的LoRa通信模块选用Semtech公司的SX1272、SX1276、SX1301等芯片。本实施例的具体的电路连接关系分别如图3～4所示。其中，图3为本实用新型的控制模块电路图；图4为本实用新型的电源模块电路图。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种扩展、改进和修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的扩展、改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。