基于超宽带UWB的高精度室内定位系统的制作方法

本实用新型属于室内定位技术领域，尤其是涉及一种应用于监狱的基于超宽带uwb的高精度室内定位系统。

背景技术：

在许多场合，出于安全管理、机密管控等要求，需要对区域进行管控。目前实现区域管控的手段主要分为物理围栏和电子围栏两种。物理围栏需要大量施工，而且使用不灵活，无法根据需求进行变化，一般只能应用于固定的且不会变动的应用中。所以，虚拟电子围栏获得了比较多的应用。

uwb(ultrawideband)是一种无载波通信技术，利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。采用uwb定位的电子围栏系统通常采用基于tdoa(timedifferenceofarrival到达时间差)求解距离差的定位等方法进行定位，具有穿透性强、定位精度高等优点。

现有技术的定位系统功能单一，仅仅只是根据判定定位卡是否位于围栏区域内从而决定是否触发报警，若是服刑人员没有携带电子标签卡进入限制区域或离开电子围栏，系统就无法报警。

为了解决上述技术问题，人们进行了长期的探索，例如中国专利公开了一种基于电子围栏的监控管理系统[申请号：cn201820595143.5]，包括单基站、n个标签卡、一个单目摄像头、服务器以及报警单元，单基站与单目摄像头安装在同一位置，单基站与服务器连接，n个标签卡与单基站以无线通讯的方式连接，单目摄像头与服务器连接；其中n为自然数；单目摄像头用于采集监控区域的画面图像，通过有线或无线网络上传至服务器实时处理；单基站与n个标签卡进行无线通讯，用于获取各个标签卡与基站之间的距离或标签卡的位置坐标，将距离信息或坐标数据传输至服务器，并接收服务器下发的控制指令；标签卡由被监控目标携戴，且具有唯一标识，包括标签卡id和进入电子围栏的权限信息；服务器处理摄像头传输的图像数据，提取被监控目标的深度信息，并且匹配监控区域存在的标签卡，根据匹配结果触发报警单元做出响应；还用于获取被监控目标在监控区域的位置坐标，结合标签卡具有的唯一标识，获取被监控目标的身份和进入电子围栏的权限，计算被监控目标与电子围栏边界或区域的相对位置，判断被监控目标是否进入电子围栏边界或区域，根据判断结果触发报警单元做出响应；报警单元用于响应报警指令。

上述方案针对未佩戴标签卡的人员闯入限制区域同样能够进行报警，但是监狱内除了服刑人员还有管理人员，为了成本等原因管理人员一般不携带标签卡，所以上述方案不适用于监狱场所。并且上述系统结构过于复杂，需要配合摄像头，投入成本较高。

另外，根据功能不同，uwb定位基站分为以下二类：1、区域性定位基站；2、高精度基站。目前基于uwb的高精度室内定位系统要么只有区域性定位基站，要么只有高精度定位基站。而监狱这种场所比较特殊，不仅需要使用电子围栏将服刑人员限制在允许活动区域内，而且需要使用高精度定位以确认服刑人员的位置。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种基于超宽带uwb的高精度室内定位系统。

为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：

一种基于超宽带uwb的高精度室内定位系统，包括服务器、基站和标签卡，所述基站无线连接于所述标签卡，所述基站无线连接于所述服务器，所述标签卡包括具有主电路和移动电源的标签电路，所述标签卡为腕带式定位标签且佩戴在服刑人员的手腕处，所述主电路连接有人体感应传感器，所述服务器连接有后台管理系统，所述后台管理系统包括报警单元。

在上述的基于超宽带uwb的高精度室内定位系统中，所述的人体感应传感器包括皮肤温度传感器和/或脉搏传感器，所述皮肤温度传感器和/或脉搏传感器的输出端连接于所述主电路；

在上述的基于超宽带uwb的高精度室内定位系统中，所述基站包括精确定位基站和电子围栏基站，所述精确定位基站分布在监狱内区域，所述电子围栏基站分布在监狱周围和/或指定区域。

在上述的基于超宽带uwb的高精度室内定位系统中，所述主电路包括脉冲发生器和微控制器，所述人体感应传感器连接于所述微控制器。

在上述的基于超宽带uwb的高精度室内定位系统中，所述腕带式定位标签内还具有连接于所述微控制器的无线接收模块，且所述无线接收模块连接有提示模块。

在上述的基于超宽带uwb的高精度室内定位系统中，所述无线接收模块包括通信芯片。

在上述的基于超宽带uwb的高精度室内定位系统中，所述无线接收模块包括脉冲接收器。

在上述的基于超宽带uwb的高精度室内定位系统中，所述后台管理系统包括有定时器。

在上述的基于超宽带uwb的高精度室内定位系统中，所述移动电源连接有电量检测电路，所述电量检测电路连接有低电量指示灯。

在上述的基于超宽带uwb的高精度室内定位系统中，所述电量检测电路连接于所述微控制器，通过所述微控制器将所述剩余电量信息发送给后台管理系统。

在上述的基于超宽带uwb的高精度室内定位系统中，所述后台管理系统和/或服务器具有用于记录腕带式定位标签位置信息的存储模块。

本实用新型的优点在于：适用于监狱这种比较特殊的场所；对标签卡的携带情况进行监测，避免服刑人员私自将标签卡摘下；便于管理人员对服刑人员和标签卡进行管理。

附图说明

图1是本实用新型实施例一中室内定位系统的结构框图一；

图2是本实用新型实施例一中腕带式定位标签的结构示意图；

图3是本实用新型实施例一中室内定位系统的结构框图二；

图4是本实用新型实时二中的室内定位系统的结构框图；

图5是本实用新型实时三中的室内定位系统的结构框图。

附图标记，标签卡1；主电路11；移动电源12；人体感应传感器13；脉冲发生器14；微控制器15；电量检测电路16；提示模块17；低电量指示灯18；脉冲接收器5；通信芯片6；基站2；精确定位基站21；电子围栏基站22；服务器3；后台管理系统4；报警单元41。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

如图1所示，本实施例公开了一种基于超宽带uwb的高精度室内定位系统，包括服务器3、基站2和标签卡1，基站2无线连接于标签卡1用于定位标签卡1的位置，基站2无线连接于服务器3用于将从标签卡1接收到的信息发送给服务器3，服务器3连接有后台管理系统4，后台管理系统4包括报警单元41。需要说明的是，基于超宽带uwb进行室内定位的方式采用已有的技术方案，不在此进行赘述。

特别地，本实施例的室内定位系统应用于监狱场所，标签卡1包括具有主电路11和移动电源12的标签电路，移动电源12为主电路11等用电器件供电，如图2所示，这里的标签卡1采用腕带式定位标签且佩戴在服刑人员的手腕处。

优选地，主电路11连接有人体感应传感器13，且这里的人体感应传感器13包括皮肤温度传感器和/或脉搏传感器，皮肤温度传感器和/或脉搏传感器的输出端连接于主电路11，以通过主电路11将人体感应传感器13的监测数据发送给服务器3。且主电路11包括脉冲发生器和微控制器15，人体感应传感器13连接于微控制器15，当然基站2具有用于接收脉冲发生器发送的脉冲信号的脉冲接收器55。这里的微控制器15可以为stm32系列芯片及其外围电路。且这里的人体感应传感器13优选脉搏传感器，服刑人员将标签卡1佩戴在手腕处时，脉搏传感器能够监测到该服刑人员的脉搏数据，主电路11接收该脉搏数据后发给微控制器15，然后由脉冲发生器将脉搏数据发送给基站2，基站2再将从标签卡1接收的脉冲信息发送给服务器3，服务器3还可以将脉搏数据发送给后台管理系统4，当检测到脉搏数据异常时向后台管理系统4发起警报。能够避免服刑人员私自解下标签卡1。同时能够用于后台管理系统4获取服刑人员的体温数据和/或脉搏数据从而了解服刑人员的健康状态。

进一步地，如图1所示，这里的基站2包括精确定位基站21和电子围栏基站22，精确定位基站21分布在监狱内区域，电子围栏基站22分布在监狱周围和/或指定区域。通过前述基站2的位置分布，能够通过精确定位基站21精确获取标签卡1的位置信息以便于管理人员对服刑人员进行远程监控，又能够通过电子围栏基站22监督服刑人员以免服刑人员离开活动区域或者进入办公楼等指定区域。满足监狱场所的特别需求。

进一步地，如图3所示，移动电源12连接有电量检测电路16，电量检测电路16连接有低电量指示灯18，电量检测电路16可以包括电压检测芯片，例如lm358芯片，由电压检测芯片检测移动电源12的电量，电压检测芯片连接于微控制器15，由微控制器15通过脉冲发生器14将电量检测结果发送给基站2，基站2再发送给后台管理系统14，以便于后台管理系统4对标签卡1进行电量管理。同时低电量指示灯18可以连接在微控制器15的输出端，在电量低于一定值的时候，低电量指示灯18被驱动亮灯；或者电压检测芯片也可以通过输出端连接比较器及晶体管，再将低电量指示灯18连接在晶体管的主电路上，在电量低于一定值的时候，比较器输出高电平从而使晶体管导通，低电量指示灯18亮。

进一步地，后台管理系统4和/或服务器3具有用于记录腕带式定位标签位置信息的存储模块，以便管理人员随时调用查看。

实施例二

如图4所示，本实施例与实施例一类似，不同之处在于，本实施例的腕带式定位标签内还具有连接于微控制器15的无线接收模块，且无线接收模块连接有提示模块17。特别地，无线接收模块可以通过微控制器连接提示模块17。微控制器15通过无线接收模块接收服务器3或基站2发送过来的信息，然后通过提示模块17提示服刑人员，这里的提示模块17可以为语音播报器或蜂鸣器等。用于在服刑人员接近电子围栏基站22的时候，提示该服刑人员停止继续向前，从而可以在服刑人员无意接近电子围栏的时候提醒服刑人员，减少不必要的麻烦和恐慌，减轻管理人员的负担，同时避免因为频繁报警而导致的警示疲劳问题。

优选地，本实施例的无线接收模块包括脉冲接收器55，用于基站2发送过来的脉冲信号。并且，后台管理系统4包括有定时器。

本实施例可以应用于向服刑人员的个人警告。电子围栏看不见摸不着，在监狱的服刑人员通常需要进行户外活动，户外活动的时候通常会不经意间走到电子围栏附近甚至走出电子围栏区域，或者走进限制区域，若是频繁向后台管理系统4启动警示，不仅会增加管理人员的工作量浪费人力资源，而且容易造成警示疲劳，在正在出现异常的时候反而出现怠慢情况。

这里通过先向标签卡1发送信息以提示标签卡1佩戴者，避免佩戴者误入或误出电子围栏区域，并在佩戴者不知情的情况下引起后台警报，从而导致不必要的恐慌。标签卡1进入电子围栏区域时计时器开始计时，离开电子围栏时结束计时，后台管理系统4不断获取计时时间，当计时器计时达到某一数值后启动后台管理系统4的报警单元41进行报警。定时器可以为电路定时、芯片定时、或者微控制器内的通用定时器定时等，在此不进行限制，本领域技术人员可以根据具体情况选择相应的定时方式，定时时间可以为3s、5s、30s等，一般不超过30s。

实施例三

如图5所示，本实施例与实施例二类似，不同之处在于，本实施例的无线接收模块包括通信芯片6，且这里的通信芯片6选用cc2510芯片，芯片中主要集成了一个标准的8051mcu和一个无线收发模块cc2500芯片7，由cc2510芯片代替实施例二中的脉冲接收器55和微控制器15，整个通信芯片6面积只有6mm×6mm，满足对标签卡1的体积限制要求。且通信芯片6工作在2.4ghz免费频段上。同样地，本实施例的基站2处也设置有相应的无线收发模块，例如cc2500芯片7，从而实现基站2与标签卡1的双向通信。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了标签卡1；主电路11；移动电源12；人体感应传感器13；脉冲发生器14；微控制器15；电量检测电路16；提示模块17；低电量指示灯18；脉冲接收器5；通信芯片6；基站2；精确定位基站21；电子围栏基站22；服务器3；后台管理系统4；报警单元41等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。