一种多向定向网关、出入方向检测系统以及出入方向检测方法与流程

本发明涉及校园出入考勤领域，具体涉及一种多向定向网关、出入方向检测系统以及出入方向检测方法。

背景技术：

现有一种校园rfid远距离考勤系统，包括随学生携带以校牌或手环形式的电子射频标签、射频接收网关以及服务器，其中射频接收网关数量为两个且分别安装在校门内以及校门外，通过校门内外的射频接收网关接收同一学生的射频信号的先后顺序判断出入方向。该系统可在不改变校园大门的环境、不改变学生进出行为情况下，当学生进出校门时自动批量识读学生进出考勤的数据，自动判断学生是到校还是离校，然后通过短信、微信、app等方式将出入校信息发送到家长那里。

然而目前这套系统也存在着不足，具体的，因为需要射频接收网关分别接收校门内外的射频信号，故而通常需要在校门内外分别安装一个具备定向天线的射频接收网关，使射频接收网关的主要信号辐射范围分别覆盖校门内外的空旷区域，如图1所示，这就对射频接收网关的安装位置提出较大的要求，射频接收网关安装高度通常在2.5米以上，需要有特定的立柱或其他支撑物用于安装和支撑射频接收网关，而有些学校校门内外并没有合适地方安装射频接收网关，即使强行在空旷区域设置支撑物安装射频接收网关，不仅阻碍人员、车辆通行，而且也不美观，另外射频接收网关还需从别处拉电线，十分麻烦且存在隐患。

技术实现要素：

为避免背景技术的不足之处，本发明提供一种多向定向网关，可检测配套的电子射频标签的以多向定向网关为基点的移动方向和时间，降低网关的安装要求。

本发明提出的一种多向定向网关，包括壳体、支架、主控单元以及若干与主控单元连接且以主控单元为中心分别朝向不同方向的定向接收单元；定向接收单元包括无线射频芯片以及与无线射频芯片连接的定向天线，用于接收定向天线信号辐射范围内信号源发送的无线射频信号，然后获取无线射频信号中的唯一识别码以及该无线射频信号的信号强度值，并将唯一识别码与对应的信号强度值传输至主控单元；主控单元包括微控制器模块以及与微控制器模块连接的移动通信模块；微控制器模块用于根据各个定向接收单元接收相同无线射频信号时的不同信号强度值确定信号源的所在区域，根据初始所在区域和最终所在区域的变化确定信号源的移动方向和时间；微控制器模块还用于通过移动通信模块上传包括唯一识别码以及对应的移动方向和时间在内的数据。

进一步的，壳体包括保护定向接收单元的第一壳体和保护主控单元第二壳体；第一壳体通过万向接头与支架连接，并可通过万向接头调整角度；第二壳体与支架固定连接；第一壳体和第二壳体上分别设有可供数据线穿过的通孔，主控单元与定向接收单元之间通过数据线进行数据交互。

本发明还提出的一种出入方向检测系统，包括随身或随物携带的电子射频标签、安装在出入口处的多向定向网关以及服务器；电子射频标签用于周期性发送包括唯一识别码在内的无线射频信号；多向定向网关包括多组定向接收单元，每组定向接收单元包括至少一个定向接收单元，每组定向接收单元的主要信号辐射范围分别覆盖出入口处的每个可行区域；多向定向网关用于接收信号辐射范围内电子射频标签发送的无线射频信号，并根据各个定向接收单元接收相同无线射频信号时的不同信号强度值确定电子射频标签的所在区域，根据初始所在区域和最终所在区域的变化确定电子射频标签的出入方向和时间;多向定向网关还用于将包括电子射频标签的唯一识别码以及对应的出入方向和时间在内的数据上传至服务器；服务器用于根据唯一识别码确定对应的人员或物体身份，并记录该人员或物体在该多向定向网关所在出入口处的出入方向和时间。

进一步的，服务器还用于将包括人员出入方向和时间的信息发送给该人员相关监护人的移动终端。

进一步的，服务器还用于根据多向定向网关所在出入口处的规定移动方向以及物体的出入方向判断该物体是否逆向移动。

本发明还提出的一种出入方向检测方法，包括：

获取信号源发送的无线射频信号以及其中的唯一识别码；

获取该无线射频信号被各个独立定向接收单元接收时的信号强度值；

比较各信号强度值并确定最大的信号强度值对应的定向接收单元；

确定信号源发送该无线射频信号时的所在区域，所在区域根据定向接收单元的主要信号辐射范围的分布而确定；

确定信号源的初始所在区域和最终所在区域；

根据初始所在区域和最终所在区域的变化确定信号源的出入状态。

进一步的，确定信号源的初始所在区域和最终所在区域的步骤前还包括：根据唯一识别码确定距上次发送时间超过预设时间的信号源。

本发明还提出的一种设备终端，包括用于存储程序的存储器和用于执行所述程序的处理器，所述程序被处理器执行时实现任意一项如上所述方法的步骤。

本发明有益效果在于多向定向网关可检测配套的电子射频标签的以多向定向网关为基点的移动方向和时间，同时基于多向定向网关的出入方向检测系统可检测携带电子射频标签的人或物的出入方向，同时可降低对于网关的安装要求。

附图说明

图1是现有校园rfid远距离考勤系统的一种网关布置示意图。

图2是实施例1多向定向网关的结构立体示意图。

图3是实施例1多向定向网关的结构爆炸示意图。

图4是实施例1多向定向网关的硬件模块组成示意图。

图5是单个定向接收单元的水平方向信号辐射图。

图6是两个定向接收单元整合后的简略水平方向信号辐射图。

图7是四个定向接收单元整合后的简略水平方向信号辐射图。

图8实施例2和实施例3出入方向检测系统的系统组成示意图。

图9是实施例4出入方向检测方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1，参照附图1-7，一种多向定向网关，包括支架110、主控单元120、若干与主控单元120连接的定向接收单元140以及分别用于保护主控单元120和定向接收单元140的主控壳体130和接收壳体150；主控壳体130固定在支架110上，接收壳体150通过万向接头160与支架110固定连接并可通过万向接头160调整角度；主控单元120与定向接收单元140之间通过数据线进行数据交互，接收壳体150和主控壳体130底部分别设有可供数据线穿过的通孔；定向接收单元140以主控单元120为中心朝向不同方向，包括无线射频芯片141以及与无线射频芯片141连接的定向天线142，用于接收定向天线142信号辐射范围内信号源发送的无线射频信号，然后获取无线射频信号中的唯一识别码以及该无线射频信号的信号强度值，并将唯一识别码与对应的信号强度值传输至主控单元120；主控单元120包括微控制器模块121以及与微控制器模块121连接的移动通信模块122；微控制器模块121用于根据各个定向接收单元140接收相同无线射频信号时的不同信号强度值确定信号源的所在区域，根据初始所在区域和最终所在区域的变化确定信号源的移动方向和时间；微控制器模块121还用于通过移动通信模块122上传包括唯一识别码以及对应的移动方向和时间在内的数据至对应的服务器；移动通信模块122优选gprs模块。

本发明的主要原理如下：具体实现功能分为两步：第一，多向定向网关包括多个各自独立的定向接收单元140，独立的定向接收单元140意味着如果有信号源在网关的信号辐射范围内，则每个定向接收单元140可能会同时接收到该信号源发送的射频信号并获取其中的唯一识别码以及对应的信号强度值；每个定向接收单元140包括一个定向天线142，使每个定向接收单元140具有各自的信号辐射范围，单个定向接收单元140的水平方向信号辐射图如图5所示，两个定向接收单元140的整合后的水平方向信号辐射图可参考如图6所示，四个定向接收单元140的整合后的水平方向信号辐射图可参考如图7所示（需要说明的是图6和图7中省略了旁瓣和后瓣，仅保留主瓣，目的是为了使附图看起来更简洁直观，实际旁瓣和后瓣还是存在的）；如果信号源在某个定向接收单元140的主要信号辐射方向范围发送射频信号，则该定向接收单元140就会接收到信号强度值较高的射频信号；而其余的定向接收单元140则因为该射频信号的不在其主要信号辐射方向范围，即使接收到同样的射频信号，该射频信号对应的信号强度值也会相对更弱；总的来说，针对信号源某次发送的射频信号，会有一个定向接收单元140接收到信号强度值较高的射频信号，而其余定向接收单元140要么接收到信号强度值较低的射频信号，要么没有接收到也即信号强度值为零；

第二，定向接收单元140获取唯一识别码以及对应的信号强度值后，会传输汇总至主控单元120，主控单元120会进一步将同时间同唯一识别码的数据对比其信号强度值，信号强度值最大的则认定信号源处于检测到信号强度值最大的定向接收单元140的主要信号辐射范围内，也即可确定信号源以网关为基点中心的大致所在区域；信号源会周期性发送射频信号，随着时间过去，当本实施例网关未接收到该信号源射频信号的时间超过预设时间时，可以认定为该信号源已经离开本实施例网关的信号辐射范围内，则可以根据该信号源的首次和末次大致所在区域确定其最终的移动方向。

本实施例多向定向网关主要用途是判断携带配套信号源的人员或物体以网关为基点中心的移动方向，优选采用4个或2个定向接收单元140；如果网关被安装于特定出入口位置比如过道口、大门口、高架桥入口等，则可以根据具体应用场景确定信号源的出入方向和时间，也可更进一步判断是否存在逆行行为。

除此之外，本实施例中定向接收单元140可通过万向接头160调整角度，使根据具体安装环境调整各个定向接收单元140的朝向，使定向接收单元140可以根据实际场景调节信号辐射范围，更加灵活多变。

实施例2，如图7-8所示，一种校园出入方向检测系统，包括随学生携带的具有电子射频标签210的校牌或手环、安装在门卫室顶部的多向定向网关220以及服务器230；电子射频标签210用于周期性发送包括唯一识别码在内的无线射频信号；多向定向网关220包括两组定向接收单元221，每组定向接收单元221包括两个定向接收单元221，一组定向接收单元221的主要信号辐射范围分别覆盖校门口的校外空旷可行区域，另一组定向接收单元221的主要信号辐射范围分别覆盖校门口的校内空旷可行区域，如图7所示；多向定向网关220用于接收信号辐射范围内电子射频标签210发送的无线射频信号，并根据各组定向接收单元221接收相同无线射频信号时的不同信号强度值确定电子射频标签210的所在区域，根据初始所在区域和最终所在区域的变化确定电子射频标签210的出入方向和时间;多向定向网关220还用于将包括电子射频标签210的唯一识别码以及对应的出入方向和时间在内的数据上传至服务器230；服务器230用于根据唯一识别码确定对应的学生身份，并记录该学生在校门出入口处的出入方向和时间。

本实施例系统通过将多向定向网关220安装在如图7所示的特殊位置，使一组两个定向接收单元221的主要信号辐射范围分别覆盖校门口的校外空旷可行区域，另一组两个定向接收单元221的主要信号辐射范围分别覆盖校门口的校内空旷可行区域；当有学生从校内移动到校外或者相反，多向定向网关220根据初始所在区域和最终所在区域的变化确定电子射频标签210的出入方向和时间，具体原理可参照实施例1，然后上传至服务器230，最终服务器230以短信、微信、app等方式将出入校信息发送到家长那里。

本实施系统与背景技术中的系统相比，主要区别有两点，第一是判断出入方向时间的原理不同，本实施例系统是通过多向定向网关220各定向接收单元221接收射频信号时的信号强度大小判断电子射频标签210以多向定向网关220为基点中心的所在位置，进而随着时间判断出入方向和时间；而背景技术的系统是通过校门内外的定向网关接收射频信号的先后顺序判断出入方向和时间，这使得校门内外的定向网关的信号辐射范围尽可能的不发生重叠情形，否则就会可能出现两个定向网关每次都同时接收到射频信号从而导致无法识别先后顺序的情况发生；

第二是网关的安装要求，本实施例系统中的多向定向网关220对于实际安装场地没有要求，一般安装在出入口（比如门卫室顶部）即可，而且出入口通常取电也方便；而背景技术的系统中的定向网关为了使主要信号辐射范围分别覆盖校门内外的空旷区域，需要校门内外有地方安装定向网关。

实施例3，如图6所示，一种通道出入方向检测系统，包括随身或随物携带的电子射频标签、安装在通道中部的多向定向网关以及服务器；电子射频标签用于周期性发送包括唯一识别码在内的无线射频信号；多向定向网关包括两个定向接收单元，每个定向接收单元的主要信号辐射范围分别覆盖通道的上部可行区域和下部可行区域；多向定向网关用于接收信号辐射范围内电子射频标签发送的无线射频信号，并根据各个定向接收单元接收相同无线射频信号时的不同信号强度值确定电子射频标签的所在区域，根据初始所在区域和最终所在区域的变化确定电子射频标签的出入方向和时间;多向定向网关还用于将包括电子射频标签的唯一识别码以及对应的出入方向和时间在内的数据上传至服务器；服务器用于根据唯一识别码确定对应的人员或物体身份，并记录该人员或物体在通道的出入方向和时间。

本实施例系统原理可参照实施例2，适用于直线通行的通道场景，比如高架桥的入口处、单行线路段等，可通过检测携带电子射频标签的车辆的出入方向，服务器根据该通道所在位置的行驶方向进一步判断车辆是否存在逆行行为。

实施例4，如图9所示，一种出入方向检测方法，包括：

s401获取信号源发送的无线射频信号以及其中的唯一识别码。

s402获取该无线射频信号被各个独立定向接收单元接收时的信号强度值。

s403比较各信号强度值并确定最大的信号强度值对应的定向接收单元。

s404确定信号源发送该无线射频信号时的所在区域，所在区域根据定向接收单元的主要信号辐射范围的分布而划分确定。

s405根据唯一识别码确定距上次发送时间超过预设时间的信号源。

s406确定信号源的初始所在区域和最终所在区域。

s407根据初始所在区域和最终所在区域的变化确定信号源的出入状态；出入状态包括出去、进入、内经过、外经过等。

本实施例方法的具体原理可参照实施例1和实施例2的介绍，本实施例方法可以由单一的设备终端执行，也可以由一个系统中的多个设备终端共同合作先后执行。

虽然本发明已通过参考优选的实施例进行了描述，但是，本领域普通技术人员应当了解，可以不限于上述实施例的描述，在权利要求书的范围内，可作出形式和细节上的各种变化。