室外UWB无线定位基站的制作方法

室外uwb无线定位基站
技术领域
1.本技术涉及到定位技术领域，特别是涉及到一种室外uwb无线定位基站。


背景技术：

2.随着无线通信网络、移动互联网及智能终端的飞速发展，基于位置服务的需求也不断增加。在不同复杂的环境，可靠连续地提供位置信息服务，已经触及到人们生活的方方面面，因此作为提供位置服务保障的室外定位技术也引起了人们越来越多的关注。
3.例如当前的电单车行驶轨迹定位、停车位置管理等应用场景常用的定位方法主要包括gps定位、运营商基站定位、蓝牙aoa普遍技术方案以及wifi定位等。但是上述定位方法普遍存在缺陷：gps定位：gps受天气和位置的影响较大；运营商基站定位：逊于gps的定位精度，受环境影响较大，定位精度低，适用范围较窄；蓝牙aoa普遍技术方案：依赖于信号强度，抗多径性能差，在复杂环境下不容易得到精准数据；wifi定位：wifi依赖性高，没有打开wifi就不能定位；且必须处于联网状态。因此如何提供一种简单高效的室外定位方式，成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本技术的主要目的为提供一种室外uwb无线定位基站，能够解决现有技术中的常用的定位方法容易受到周围环境的干扰，无法实现复杂环境下精准定位的技术问题。
5.本技术提供的一种室外uwb无线定位基站，包括：电源转换模块、无线通信模块、cpu控制模块、uwb射频模块、uwb调整模块以及天线模块，所述电源转换模块分别与所述无线通信模块、所述cpu控制模块、所述uwb射频模块电性连接，所述无线通信模块、所述cpu控制模块、所述uwb射频模块依次通信连接，所述uwb射频模块、所述uwb调整模块、所述天线模块依次通信连接，其中，所述电源转换模块用于切换电源，所述无线通信模块用于与所述cpu控制模块之间进行数据传输，所述cpu控制模块用于完成无线接收数据存储、发送以及电源模式切换，所述uwb射频模块用于uwb信号的调制和发送，所述uwb调整模块用于uwb信号进行功率放大的调整，所述天线模块用于发送由所述所述uwb调整模块调整后的uwb信号。
6.进一步地，所述uwb调整模块包括信号差分单元、第一微波单元、功率放大单元、和第二微波单元，所述信号差分单元与所述uwb射频模块通信连接，所述第一微波单元连接在所述信号差分单元和所述功率放大单元之间，所述功率放大单元连接在所述第一微波单元和所述第二微波单元之间，所述第二微波单元与所述天线模块通信连接。
7.进一步地，所述电源转换模块包括有源以太网单元、直流供电单元、电源切换电路，所述电源切换电路用于选择切换有源以太网单元或直流供电单元为所述无线通信模块、所述cpu控制模块和所述uwb射频模块供电。
8.进一步地，所述cpu控制模块包括主控供电单元、控制单元、存储单元和外部扩展单元，所述电源转换模块通过所述主控供电单元为所述控制单元供电，所述控制单元与所
述存储单元、所述外部扩展单元、所述uwb射频模块通信连接。
9.进一步地，所述外部扩展单元包括串行外设接口和以太网接口，所述以太网接口与所述无线通信模块通信连接，所述串行外设接口与所述uwb射频模块通信连接。
10.进一步地，所述uwb射频模块包括射频芯片，所述射频芯片通过所述串行外设接口与所述控制单元通信连接。
11.进一步地，所述uwb射频模块还包括sma接头，所述sma接头通过阻抗匹配电路与所述控制单元连接。
12.进一步地，所述天线模块通过屏蔽射频线与所述sma接头通信连接。
13.相对于现有技术，本技术提供了一种室外uwb无线定位基站，包括电源转换模块、无线通信模块、cpu控制模块、uwb射频模块、uwb调整模块以及天线模块，相比于其他室外定位方案，本发明采用模块化设计，所有模块都集成在一个设备上，节约了成本，用起来也更加方便；相比于传统的室外定位，本技术利用uwb技术可以实现高精度测距，误差可达
±
10cm，另外由于其功耗低、穿透能力强的特点，本发明定位精度更高，适用场景更加广泛。
附图说明
14.图1为本技术室外uwb无线定位基站的结构示意图；
15.图2为本技术电源转换模块的结构示意图；
16.图3为本技术cpu控制模块的结构示意图；
17.图4为本技术uwb射频模块的结构示意图；
18.图5是实用新型一实施例中发射流程图；
19.图6是实用新型一实施例中接收信号流程图。
20.其中：1、电源转换模块；11、有源以太网单元；12、直流供电单元；13、电源切换电路；2、无线通信模块；3、cpu控制模块；31、主控供电单元；32、控制单元；33、存储单元；34、外部扩展单元；4、uwb射频模块；41、射频芯片；5、uwb调整模块；6、天线模块；51、信号差分单元；52、第一微波单元；53、功率放大单元；54、第二微波单元。
21.本技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
22.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
23.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体地限定。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
25.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
26.参照图1，一种室外uwb无线定位基站，包括：电源转换模块1、无线通信模块2、cpu控制模块3、uwb射频模块4、uwb调整模块5以及天线模块6，所述电源转换模块1分别与所述无线通信模块2、所述cpu控制模块3、所述uwb射频模块4电性连接，所述无线通信模块2、所述cpu控制模块3、所述uwb射频模块4依次通信连接，所述uwb射频模块4、所述uwb调整模块5、所述天线模块6依次通信连接，其中，所述电源转换模块1用于切换电源，所述无线通信模块2用于与所述cpu控制模块之间进行数据传输，所述cpu控制模块3用于完成无线接收数据存储、发送以及电源模式切换，所述uwb射频模块4用于uwb信号的调制和发送，所述uwb调整模块5用于uwb信号进行功率放大的调整，所述天线模块6用于发送由所述所述uwb调整模块1调整后的uwb信号。uwb(ultra wide band，超宽带)技术是一种利用亚纳秒级超窄脉冲的无载波通信技术，相对于传统的无线定位技术，uwb技术具有通信距离远、高数据传输速率、抗干扰能力强、功耗小等优势，在实际应用中能控制误差在30cm内，相对其他定位技术使用uwb技术可以获得更高的定位精度和稳定性。本技术采用模块化设计，采用上述结构设计的uwb无线定位基站具有性能优良，成本低廉，维修方便，布置简单等特点，能够大大提高uwb技术的应用空间。本技术中的电源转换模块1能够支持常用的poe或24v直流，cpu控制模块3采用高度集成设计，支持tf卡扩展功能，无线通信模块2采用wifi无线网桥，所述uwb射频模块4用于提供uwb信号的收发功能，天线模块6根据具体需求可以选用全向或定向天线。
27.参照图1，在一个可行的实施方式中，所述uwb调整模块5包括信号差分单元51、第一微波单元52、功率放大单元53、和第二微波单元54，所述信号差分单元51与所述uwb射频模块4通信连接，所述第一微波单元52连接在所述信号差分单元51和所述功率放大单元53之间，所述功率放大单元53连接在所述第一微波单元52和所述第二微波单元54之间，所述第二微波单元54与所述天线模块6通信连接。uwb射频模块4产生的uwb信号经信号差分单元51、功率放大单元53进行调整后，通过天线模块6进行发送。信号差分单元51将uwb射频模块4产生的uwb信号进行耦合并转换为差分信号，输出至功率放大单元53进行功率放大，得到调整后的uwb信号。差分信号在传输时对外部干扰具有很强的抗干扰能力，且能有效抑制电磁干扰(emi)。第一微波单元52和第二微波单元54通过控制微波信号通道转换，控制射频功率放大单元53将转换后的uwb信号进行功率放大。与单刀单掷开关原理类似的，微波开关具有pin管在直流正、反偏压下呈现近似导通或断开的阻抗特性，本实施例利用微波开关的该阻抗特性实现控制微波信号通道转换的作用，以控制功率放大单元53对uwb信号进行功率放大的调整。通过微波开关还可以与ecl(emitter-coupledlogic，射极差分耦合逻辑)兼容，微波开关的接头采用sma系列。第一微波单元52和第二微波单元54对功率放大单元53的
输入端、输出端的开断进行控制。功率放大单元53具体将经过微波开关后的信号进行功率放大，再经过微波开关后将信号传输至sma端，最后通过天线模块6将信号发射出。
28.参照图2，在一个可行的实施方式中，所述电源转换模块1包括有源以太网单元11、直流供电单元12、电源切换电路13，所述电源切换电路13用于选择切换有源以太网单元11或直流供电单元12为所述无线通信模块2、所述cpu控制模块3和所述uwb射频模块4供电。在上述实施例中，所述无线通信模块2、所述cpu控制模块3和所述uwb射频模块4的供电有两种供电方式，有源以太网单元11为poe(power over ethernet的英文缩写，其中文意思为有源以太网)供电，直流供电单元12为12v电压。poe供电为有源无线传输，多模式通讯便于安装维修。poe供电无线传输供电基站可以安装在比较远或者狭小的空间。电源转换模块1支持poe供电和12v电压直流双路输入，在有直流电的情况下，直流供电单元12为基站供电。优选地，有源以太网单元11和直流供电单元12均为基站供电时，此时也有poe供电时，电源转换模块1以poe供电为主电源，12v电压直流为备用电源，可以无缝切换。
29.参照图3，在一个可行的实施方式中，所述cpu控制模块3包括主控供电单元31、控制单元32、存储单元33和外部扩展单元34，所述电源转换模块1通过所述主控供电单元31为所述控制单元32供电，所述控制单元32与所述存储单元33、所述外部扩展单元34、所述uwb射频模块4通信连接。在上述实施例中，存储单元33内存储有数据及控制指令，控制单元32控制uwb射频模块4发出信号，并且将uwb射频模块4发出信号的时间存储至存储单元33，uwb射频模块4将标签模块反馈的信号传输至控制单元32，控制单元32将uwb射频模块4接收反馈信号的时间存储至存储单元33，存储单元33根据uwb射频模块4发射信号的时间和接收反馈信号的时间，以及存储单元33内存储的速度值、路程计算公式，计算出基站与标签模块间的距离值。
30.在一个可行的实施方式中，所述外部扩展单元34包括串行外设接口和以太网接口，所述以太网接口与所述无线通信模块2通信连接，所述串行外设接口与所述uwb射频模块4通信连接。spi(serial peripheral interface的因为缩写，其中文意思为串行外设接口)接口，串行外设接口是一种同步外设接口，用于控制uwb射频模块4和标签模块的激活，以及控制单元32的通信。控制模块还包括通用io、rs323接口、usb接口、uatr接口和tf卡插座，且均与控制单元32通信连接。
31.参照图4，在一个可行的实施方式中，所述uwb射频模块4包括射频芯片41，所述射频芯片41通过所述串行外设接口与所述控制单元32通信连接。在上述实施例中，发送uwb信号时，射频芯片41通过spi总线接收充值单元的控制信号以及发射数据，将发射数据调制到uwb脉冲上发送出去。发射流程如下(参照图5)：控制单元32发送数据至射频芯片41，射频芯片41进行数据的校验，如果数据正确，控制单元32发出发射控制信号至射频芯片41，射频芯片41发射uwb(ultra wide band的缩写，其中文意思为超宽带)脉冲；射频芯片41进行数据的校验，如果数据不正确，重新返回控制单元32发送数据至射频芯片41，射频芯片41进行数据的校验，确保数据的准确性。
32.射频芯片41接收uwb信号时，射频芯片41接收到uwb脉冲并取出数据，现将中断发送至控制单元32，控制单元32接收中断后进行数据取读。其工作流程为(参照图6)：射频芯片41接收uwb脉冲，射频芯片41向控制单元32发送中断信号，控制单元32取读数据，并进行校验，数据校验正确时，控制单元32向射频芯片41发送读取完成信号。控制单元32取读数
据，并进行校验，数据校验不正确时，控制单元32继续取读数据，进行校验，确保定位的准确性。
33.在一个可行的实施方式中，所述uwb射频模块4还包括sma接头，所述sma接头通过阻抗匹配电路与所述控制单元32连接。在上述实施例中，uwb射频模块4将uwb射频收发电路以及相关芯片集成到一块屏蔽罩内上，uwb射频模块4通过spi总线与控制单元32相连。原理如下：uwb射频模块4的供电由电源转换模块1提供，复位中断信号以及spi总线则与cpu相联接，射频信号通过sma(sma的名称全称是subminiature version a)接头送出。时钟产生电路，参考时钟信号传输至射频芯片41，射频信号通过sma接头送出。
34.在一个可行的实施方式中，所述天线模块6通过屏蔽射频线与所述sma接头通信连接。在上述实施例中，在上述实施例中，天线模块6通过屏蔽射频线与uwb射频模块4的sma接头联接，可以根据不同的应用场景灵活切换为定向或者全向天线。屏蔽射频线避免其余信号的干扰，确保uwb射频模块4接收标签模块的反馈信号。
35.参照图1至图6，进一步地，基站提供两个对外接口，rj45接口百兆以太网接口，2.4ghz/5ghz wifi无线接口，rj45百兆以太网接口由cpu控制模块3直接输出，无线通信模块2通过标准100m网口与cpu控制模块3相联接。外部接口模块主要完成基站与定位引擎的数据和控制命令的传输。根据基站架设位置的实际情况可以灵活选用不同的接口方式。在条件允许的情况下可以采用rj45百兆以太网和定位引擎有线联接。在条件受限制的情况下可以采用wifi路由和后台无线联接。
36.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。
37.以上所述仅为本技术的优选实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。