一种电子工卡的制作方法

1.本文涉及信息安全技术领域，尤其涉及一种电子工卡。


背景技术：

2.目前，在银行、军工等高保密单位内部，由于业务场景的要求经常需要对员工所在位置进行实时定位或历史轨迹追踪，以保证业务的安全性。现有的定位方法如gps(global position system)定位，因在室内gps信号被遮挡而无法实现定位，而传统的室内定位方法如zigbee定位等易受室内环境的遮挡干扰，易出现室内特定区域无法定位的情况。
3.如何实现在室内精准定位是现有技术中亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中的问题，本文实施例提供了一种电子工卡，用以实现在室内精准定位的目的。
5.本文实施例提供了一种电子工卡，包括，
6.超宽带单元uwb定位单元，用于与外界的uwb定位基站进行通信，从而获得电子工卡与uwb定位基站的距离；
7.运动传感器，用于获取所述电子工卡的移动数据；
8.存储器，用于存储室内地图；
9.处理器，用于根据所述uwb定位单元得到的电子工卡与uwb定位基站的距离，计算所述电子工卡的实时位姿；根据所述运动传感器得到的电子工卡的移动数据，计算所述电子工卡的估计位姿；
10.通信单元，用于与外界设备进行通信，将所述电子工卡的实时位姿以及估计位姿发送给所述外界设备。
11.根据本文实施例的一个进一步的方面，所述电子工卡还包括rfid单元，用于与门禁进行通信，从而获得门禁的唯一标识符；
12.所述处理器进一步用于，根据门禁的唯一标识符在存储器中存储的室内地图匹配该门禁的坐标，从而确定所述电子工卡的实时位姿。
13.根据本文实施例的再一个进一步的方面，所述运动传感器包括加速度传感器或陀螺仪。
14.根据本文实施例的另一个进一步的方面，所述通信单元包括gprs模块，用于与外界设备进行通信。
15.根据本文实施例的另一个进一步的方面，所述电子工卡还包括蓝牙单元，与所述处理器连接，用于获取与所述电子工卡具有相同移动特性的外界设备的移动数据；
16.所述处理器根据所述移动数据计算所述电子工卡的估计位姿。
17.根据本文实施例的另一个进一步的方面，所述电子工卡还包括显示屏，与所述处理器连接，用于显示提示信息。其中的提示信息为文字信息。
18.根据本文实施例的另一个进一步的方面，所述电子工卡还包括指示灯，与所述处理器连接，用于显示提示信息。
19.根据本文实施例的另一个进一步的方面，所述电子工卡还包括外壳，所述外壳包括背面外壳和正面外壳两个部分，其中，
20.所述背面外壳包括第一吊绳穿孔、第一磁吸面、第一壳体；
21.所述正面外壳包括第二吊绳穿孔、第二磁吸面、第二壳体；
22.所述电子工卡的电气元件内置于所述第一磁吸面与第二磁吸面之间的空间内，被所述第一壳体和第二壳体包夹在中间。
23.根据本文实施例的另一个进一步的方面，所述电子工卡还包括外壳，所述外壳包括背面外壳和正面外壳两个部分，其中，
24.所述背面外壳包括第一吊绳穿孔、第一磁吸面、第一壳体、第一负电极和第一正电极；
25.所述正面外壳包括第二吊绳穿孔、第二磁吸面、第二壳体、第二负电极和第二正电极；
26.所述电子工卡的电池内置于所述第一壳体中，所述电子工卡的其他电气元件内置于所述第一磁吸面与第二磁吸面之间的空间内，被所述第一壳体和第二壳体包夹在中间；
27.所述电子工卡的其他电气元件的电源与所述第二负电极和第二正电极连接，所述电池的电能通过所述第一负电极和第一正电极传递到与其连接的第二负电极和第二正电极，从而对所述电子工卡的其他电气元件进行供电。
28.利用本文实施例，进行室内定位可以更加准确的对用户在室内的位置进行定位，可以应用于金融领域或其他领域，在室内进行精准的定位，无论在室内定位信号是否被遮挡或者丢失的情况下，都可以结合多种定位方法完成室内定位，对于涉密行业员工的移动轨迹进行记录和跟踪，从而确保涉密企业的机密安全。
附图说明
29.为了更清楚地说明本文实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本文的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1所示为本文实施例一种通过电子工卡进行室内定位的系统结构示意图；
31.图2所示为本文实施例一种电子工卡的结构示意图；
32.图3所示为本文实施例uwb定位单芯片管脚示意图；
33.图4所示为本文实施例rfid单元芯片管脚示意图；
34.图5所示为本文实施例蓝牙单元芯片管脚示意图；
35.图6所示为本文实施例显示屏、指示灯与处理器的芯片管脚示意图；
36.图7a和图7b所示为本文实施例电子工卡外壳的结构图。
37.【附图标记说明】
38.101、电子工卡；
39.102、uwb定位基站；
40.201、uwb定位单元；
41.202、运动传感器；
42.203、存储器；
43.204、处理器；
44.205、通信单元；
45.206、外壳；
46.207、rfid单元；
47.208、蓝牙单元；
48.209、显示屏；
49.210、指示灯；
50.701、吊绳穿孔；
51.702、磁吸面；
52.703、壳体；
53.704、负电极；
54.705、正电极；
55.701’、吊绳穿孔；
56.702’、磁吸面；
57.703’、壳体；
58.704’、负电极；
59.705’、正电极。
具体实施方式
60.下面将结合本文实施例中的附图，对本文实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本文一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本文中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本文保护的范围。
61.如图1所示为本文实施例一种通过电子工卡进行室内定位的系统结构示意图，在本图中包括了电子工卡101、uwb定位基站102，其中，电子工卡101内部包括与uwb定位基站102实现通信定位的uwb定位单元、rfid单元、运动传感器、存储器、通信单元以及处理器等部件；所述uwb定位基站102布置于室内不同位置，通过多个uwb定位基站102与电子工卡101之间进行超宽带单元(ultra wide band，uwb)定位信号的收发从而实现室内定位。其中，所述电子工卡101的处理器通过uwb定位单元与uwb定位基站102通信连接实现实时位姿的确定，通过rfid单元与室内门禁系统进行射频识别通信(radio frequency identification)，实现基于门禁的实时位姿确定；电子工卡101的处理器通过运动传感器来获得电子工卡的移动数据，从而实现估计位姿的确定；所述存储器中存储有室内地图信息，其中记录有uwb定位基站的坐标、门禁坐标等信息；所述通信单元用于电子工卡101与外界设备进行通信，例如可以和服务器通信获取室内地图，并将室内定位结果发送给所述服务器，来实现对携带有电子工卡的用户的移动轨迹进行记录、分析、预警。
62.通过本文实施例的电子工卡进行室内定位可以更加准确的对用户在室内的位置
进行定位，可以应用于金融领域或其他领域，在室内进行精准的定位，无论在室内定位信号是否被遮挡或者丢失的情况下，都可以结合多种定位方法完成室内定位，对于涉密行业员工的移动轨迹进行记录和跟踪，从而确保涉密企业的机密安全。
63.如图2所示为本文实施例一种电子工卡的结构示意图，在本图中描述了具有uwb定位单元201、运动传感器202、存储器203、处理器204、通信单元205以及外壳206的电子工卡，该电子工卡还包括rfid单元207、蓝牙单元208、显示屏209、指示灯210，通过用户携带有本文实施例中的电子工卡可以更加准确的得到用户在室内的位置，即便在没有uwb定位基站的情况下也可以通过估计位姿的计算来得到用户的室内位置。该电子工卡在所述外壳206内包括uwb定位单元201、运动传感器202、存储器203、处理器204、通信单元205；
64.uwb定位单元201，用于与外界的uwb定位基站进行通信，从而获得电子工卡与uwb定位基站的距离；
65.运动传感器202，用于获取所述电子工卡的移动数据；
66.存储器203，用于存储室内地图；
67.处理器204，用于根据所述uwb定位单元201得到的电子工卡与uwb定位基站的距离，计算所述电子工卡的实时位姿；根据所述运动传感器202得到的电子工卡的移动数据，计算所述电子工卡的估计位姿；
68.通信单元205，用于与外界设备进行通信，将所述电子工卡的实时位姿以及估计位姿发送给所述外界设备。
69.作为本文的一个实施例，所述uwb定位单元201可以如图3所示，其中包括电源输入管脚vcc，接地管脚gnd，以及数据接收管脚rxd，数据发送管脚txd以及连接天线的管脚ant。当连接天线的管脚ant接收到uwb定位基站发送的两次定位信号后，将两次信号的时间通过数据发送管脚txd发送给处理器204，用于根据uwb定位信号计算电子工卡与uwb定位基站之间的距离；并通过数据接收管脚rxd接收来自处理器204的控制指令，从而实现通过管脚ant与uwb定位基站之间收发定位信号。
70.所述uwb定位单元201根据与uwb定位基站的通信来获得与其的距离，主要是通过现有的uwb技术，超宽带技术是一种全新的、与传统通信技术有极大差异的通信新技术，它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有ghz量级的带宽，其基于的主要原理是双向飞行时间法(tw-tof，two way-time of flight)，电子工卡和基站从启动开始即会生成一条独立的时间戳，电子工卡的发射机在其时间戳上的ta1发射请求性质的脉冲信号，基站在tb2时刻发射一个响应性质的信号，被电子工卡在自己的时间戳ta2时刻接收，由此可以计算出脉冲信号在电子工卡和基站之间的飞行时间，从而确定飞行距离s，s＝c
×
[(ta2-ta1)-(tb2-tb1)]，其中c为光速。在本文的实施例中，通过在室内布置多个已知坐标的定位基站，需要定位的人员通过携带电子工卡，该电子工卡按照一定的频率发射脉冲信号，不断和多个已知位置的定位基站进行测距，通过一定的精确算法定出电子工卡的位置。
[0071]
处理器204可以通过到达时间算法(toa)或者到达时间差算法(tdoa)等算法计算所述电子工卡与室内的多个uwb定位基站之间的距离，并通过所述uwb定位基站在室内地图中的坐标计算电子工卡的位置。
[0072]
其中，toa算法中，假设电子工卡的坐标为(x0，y0)，uwb定位基站的坐标为(xi，yi)，
i为不同的uwb定位基站，电子工卡的坐标与uwb定位基站坐标满足如下公式：
[0073]
(x
0-xi)2+(y
0-yi)2＝r
i2
，其中i＝1,2,3
…
，ri为不同uwb定位基站的定位信号覆盖半径。
[0074]
tdoa算法中，假设电子工卡的坐标为(x0，y0)，周边的2个uwb定位基站为uwb定位基站1、uwb定位基站2，uwb定位基站3，uwb定位基站1的坐标为(x1，y1)，uwb定位基站2的坐标为(x2，y2)，uwb定位基站3的坐标为(x3，y3)，电子工卡的坐标与uwb定位基站1和uwb定位基站2的距离差为：
[0075]
其中r
21
为电子工卡距离uwb定位基站1和uwb定位基站2的距离差，r1为uwb定位基站1的定位信号覆盖半径，r2为uwb定位基站2的定位信号覆盖半径。
[0076]
再计算r
31
，即电子工卡的坐标与uwb定位基站1和uwb定位基站3的距离差，结合r
21
和r
31
可以得到两组双曲线产生的两个交点，从而可以得到电子工卡的坐标。
[0077]
通过上述方法可以得到所述电子工卡的坐标，再根据前后多个时刻电子工卡的坐标可以获得该电子工卡的移动方向，结合所述电子工卡的坐标和移动方向可以得到电子工卡的实时位姿。实时位姿例如可以表示为[x
p
(k),y
p
(k),ψ(k)]，其中，x
p
(k)为电子工卡在k时刻x轴的坐标，y
p
(k)为电子工卡在k时刻y轴的坐标，ψ(k)为电子工卡的移动方向。
[0078]
作为本文的一个实施例，所述电子工卡还包括rfid单元207，用于与门禁进行通信，从而获得门禁的唯一标识符；
[0079]
所述处理器204进一步用于，根据门禁的唯一标识符在存储器203中存储的室内地图匹配该门禁的坐标，从而确定所述电子工卡的实时位姿。
[0080]
在本实施例中，如图4所示为本文实施例rfid单元的芯片管脚示意图，其中包括电源输入管脚vcc，接地管脚gnd，以及数据接收管脚rxd，数据发送管脚txd以及连接天线的管脚ant。当连接天线的管脚ant接收到门禁rfid阅读器发送的信号后，与所述门禁rfid阅读器进行通信，获取该门禁的唯一标识符，将该唯一标识符通过数据发送管脚txd发送给处理器204，用于根据门禁的唯一标识符在存储器203中的室内地图匹配相应的门禁，并且获取相应门禁的坐标；并通过数据接收管脚rxd接收来自处理器204的认证信息，当所述门禁的rfid阅读器获取电子工卡的认证信息后，将认证信息发送给门禁系统的后端服务器，通过该后端服务器来验证认证信息是否通过，如果认证信息可以通过该门禁，则向该门禁发出允许通过的指令，门禁解锁，如果认证信息无法通过验证，则保持门禁的锁止状态，拒绝用户通过，从而实现用户通过该电子工卡是否通过门禁。
[0081]
作为本文的一个实施例，在所述存储器203中存储的室内地图包括以下内容：定位检测设备的坐标。
[0082]
在本实施例中，所述定位检测设备的坐标进一步包括，uwb定位基站的坐标；所述定位检测设备的坐标还可以包括，门禁坐标。其中，所述uwb定位基站可能具有多个，通常上来说可能为3个或者4个，或者更多，分别位于室内的不同区域，从而可以令电子工卡根据定位信号和响应信号之间的时间差计算与各个uwb定位基站之间的距离，根据多个所述uwb定位基站的坐标可以得到电子工卡的实时位姿；当所述定位检测设备为门禁时，当用户使用电子工卡与门禁进行通信时，可以根据所述室内地图中记录的门禁坐标以及当前正在通信
的门禁编号，准确的确定电子工卡的实时位姿。
[0083]
作为本文的一个实施例，所述运动传感器202包括加速度传感器或九轴陀螺仪。
[0084]
在本实施例中，所述运动传感器202获得的移动数据包括电子工卡的瞬时速度和角速度，可以根据采集得到的瞬时速度和时间的乘积获得移动的距离，并且通过角速度和时间的乘积获得移动方向，根据移动距离和移动方向以及前一时刻的坐标，可以得到当前时刻的估计位姿。其中九轴陀螺仪还可以为三轴陀螺仪、六轴陀螺仪等多种陀螺仪。
[0085]
作为本文的一个实施例，所述通信单元205包括gprs模块，用于与外界设备进行通信。
[0086]
作为本文的一个实施例，所述电子工卡还包括蓝牙单元208，与所述处理器204连接，用于获取与所述电子工卡具有相同移动特性的外界设备的移动数据；
[0087]
所述处理器204根据所述移动数据计算所述电子工卡的估计位姿。
[0088]
在本实施例中，所述蓝牙单元208可以如图5所示，其中包括连接有稳压模块的电源输入管脚vcc，接地管脚gnd，以及数据接收管脚rxd，数据发送管脚txd以及连接天线的管脚ant。当连接天线的管脚ant接收到通过蓝牙协议与其连接的智能手机等移动设备发送的移动数据后，将移动数据通过数据发送管脚txd发送给处理器204，用于通过处理器204的计算得到电子工卡的估计位姿；并通过数据接收管脚rxd接收来自处理器204的控制指令，来打开或者关闭该蓝牙单元。
[0089]
其中，所述稳压模块将来自于电源vcc的5v输入电压vin转换为3.3v的输出电压vout，所示的电容c4、c5用于为滤波电容。
[0090]
作为本文的一个实施例，所述电子工卡还包括显示屏209，与所述处理器204连接，用于显示提示信息。其中的提示信息为文字信息。
[0091]
作为本文的一个实施例，所述电子工卡还包括指示灯210，与所述处理器204连接，用于显示提示信息。其中的提示信息为指示灯闪亮或者熄灭的提示信息。
[0092]
如图6所示为本文实施例显示屏、指示灯与处理器的芯片管脚示意图，在本图中描述了显示屏209、指示灯210与处理器204的连接关系，显示屏包括数据线管脚a、b、c
…
g，以及控制小数点的管脚dp，以及用于调节显示屏209屏幕亮度、对比度等物理属性的按键管脚1、2、3、4，每个按键管脚对应着按键k1、k2、k3和k4，显示屏的数据管脚连接显示编码芯片u2的管脚q1、q2、q3
…
q7，控制小数点的管脚dp连接显示编码芯片u2的管脚q0，所述显示编码芯片u2的管脚d0、d1、d3
…
d7连接处理器204的管脚p1.0、p1.1、p1.2
…
p1.7。所述处理器204的晶振管脚xtal1、xtal2连接时钟晶振，管脚rst用于连接复位键，管脚p0.0通过电阻r3连接开关按键，用于向处理器204供电，管脚p0.2、p0.3、p0.4、p0.5分别连接按键k4、k3、k2和k1，管脚p2.7通过开关电路连接指示灯210(l1)，其中开关电路中包括三极管q5实现对指示灯210的开关控制，管脚p2.7通过电阻r2连接三极管q5的基极，三极管q5的发射极接地，集电极连接继电器，通过三极管q5控制继电器的磁吸，当三极管q5导通时继电器产生磁场吸引开关rl2断开，指示灯210熄灭，当三极管q5断开时继电器产生磁场失效，开关rl2闭合，指示灯210被点亮，管脚p3.0和p3.1连接其他单元的数据管脚rxd和txd。
[0093]
如图7a和图7b所示为本文实施例电子工卡外壳的结构图，在本图中描述了电子工卡的外壳结构，该外壳包括两个部分，首先参考图7a为电子工卡的背面外壳，该背面外壳包括吊绳穿孔701、磁吸面702、壳体703、负电极704和正电极705，再参考图7b为电子工卡的正
面外壳，该正面外壳包括吊绳穿孔701’、磁吸面702’、壳体703’、负电极704’和正电极705’。前述的电子工卡电路结构以及电池置于背面外壳的磁吸面702与正面外壳的磁吸面702’之间的空间内，通过两部分外壳的磁吸面702和702’至今的磁吸力将电子工卡的电路结构以及电池封闭在电子工卡外壳之内，通过将吊绳穿过背面外壳的吊绳穿孔701以及正面外壳的吊绳穿孔701’可以将电子工卡悬挂与用户的脖颈。或者还可以将电池内置于背面外壳之中，例如内置于壳体703中，在电子工卡的正面外壳中安装上述的电路结构，实现uwb定位和移动数据获取和计算，从而获得实时位姿和估计位姿，并将实时位姿和估计位姿通过通信单元传递给外界设备，通过背面外壳的负电极704和正电极705将电池中的电能传输到正面外壳的负电极704’和正电极705’，从而可以在正面外壳中对电子工卡的电路结构进行供电。
[0094]
通过本文实施例的电子工卡进行室内定位可以更加准确的对用户在室内的位置进行定位，可以应用于金融领域或其他领域，在室内进行精准的定位，无论在室内定位信号是否被遮挡或者丢失的情况下，都可以结合多种定位方法完成室内定位，对于涉密行业员工的移动轨迹进行记录和跟踪，从而确保涉密企业的机密安全。
[0095]
应理解，在本文的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本文实施例的实施过程构成任何限定。
[0096]
还应理解，在本文实施例中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0097]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本文的范围。
[0098]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0099]
在本文所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
[0100]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本文实施例方案的目的。
[0101]
另外，在本文各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是
各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0102]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本文的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本文各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0103]
本文中应用了具体实施例对本文的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本文的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本文的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本文的限制。