一种具有自动切换功能的室内外定位系统

摘要

本发明涉及一种定位系统，特别公开了一种具有自动切换功能的室内外定位系统。该具有自动切换功能的室内外定位系统，包括对应设置的RFID标签和RFID读写器，其特征在于：所述RFID标签上集成了微控制器并嵌入了GPS模块、无线通信模块和GSM模块，微控制器与GPS模块、无线通信模块、GSM模块、电源模块和Flash？RAM相互连通，无线通信模块上连通有天线。本发明利用GPS、RFID、GSM和WSN的组合，具有自动切换功能，实现室内外复杂的人员定位、监测和追踪任务，并准确搜寻到目标对象，实现对人员和物品的实时定位和监控管理。

说明书

（一）技术领域

本发明涉及一种定位系统，特别涉及一种具有自动切换功能的室内外定位系统。

（二）背景技术

随着物联网技术的广泛应用，单一GPS定位模式已很难满足连续定位的要求，如在室 内、信号受遮挡地区导致接收机测距误差增大而无法获得正确的定位结果，甚至无法进行 定位。为了克服GPS系统的弱点，需要采用GPS和其他非视线矢量的定位方法进行组合来实 现弱信号或无导航信号环境下的定位。

RFID和WSN是物联网中最重要的识别技术，分别应用于不同的场合，各有优势但各 自均有其不足之处，限制了其应用领域范围，如果能够相互补充，则可作为信号受遮挡地区 的辅助定位方式。

（三）发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种网络覆盖广、运行成本低、定位精度高的 具有自动切换功能的室内外定位系统。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种具有自动切换功能的室内外定位系统，包括对应设置的RFID标签和RFID读写器， 其特征在于：所述RFID标签上集成了微控制器并嵌入了GPS模块、无线通信模块和GSM模块， 微控制器与GPS模块、无线通信模块、GSM模块、电源模块和FlashRAM相互连通，无线通信模 块上连通有天线。

本发明在单个的RFID标签上集成了微控制器并嵌入了GPS模块、无线通信模块、 GSM模块，能够实现和读写器的双向通信，并且能够实现室内、室外定位的自动切换，从而扩 大了定位范围，提高了定位精度，并减少了人工干预，节约了成本。

本发明的更优技术方案为：

所述RFID读写器包括RS232接口和微控制器，微控制器和无线通信模块、GSM模块、电源 模块、FlashRAM相互连通，部分RFID读写器兼有网关的功能，从而实现主动式读写器和主 动式标签的双向通信。

所述RFID标签和RFID读写器工作于2.4GISM频段，在无线传感器网络的覆盖范 围，通过多跳方式能够实现超过1500米的室内精确定位，由于集成了GSM模块，具有全球通 信功能，当不在无线传感器的覆盖范围内，亦能够远程获取定位信息。

当RFID标签处于无线传感器网络的覆盖范围时，GPS和GSM模块不会启动，由RFID 读写器根据RSSI值计算定位信息并通过多跳方式传输到控制计算机；当RFID标签超出覆盖 范围时，自动切换到启动GPS和GSM通信方式，从而减少电源的消耗，延长标签的使用寿命。 该系统具有网络覆盖广、组网灵活快捷、运行成本低、可靠性和定位精度高等诸多优点，利 用它可以方便地实现室内、室外、远程等定位功能。

由于标签是电池供电，设计了自动切换算法，实现自动转换工作模式和定期唤醒 机制，使信号处理时间最小化，减少电量消耗，延长标签的使用时间。

所述RFID读写器以无线方式组成多跳自组织网的方式连接起来，构建RFID读写器 网络，相互通信，协调工作，多点采集和传输，实现高效、快速地读取标签上的信息，同时简 化了组网的过程，并能通过分层的拓扑网络上传数据，每个RFID阅读器上收集到的标签数 据，根据接收到的ID、RSSI值或GPS位置信息实现人或物品的定位，从而通过多跳的方式快 速地传输到控制计算机上。

本发明利用GPS、RFID、GSM和WSN的组合，具有自动切换功能，实现室内外复杂的人 员定位、监测和追踪任务，并准确搜寻到目标对象，实现对人员和物品的实时定位和监控管 理。

（四）附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明RFID标签的结构示意图；

图2为本发明RFID读写器的结构示意图；

图3为本发明自动切换过程示意图。

图中，1微控制器，2GPS模块，3无线通信模块，4GSM模块，5电源模块，6Flash RAM，7天线。

（五）具体实施方式

附图为本发明的一种具体实施例。该实施例包括对应设置的RFID标签和RFID读写器， 所述RFID标签上集成了微控制器1并嵌入了GPS模块2、无线通信模块3和GSM模块4，微控制 器1与GPS模块2、无线通信模块3、GSM模块4、电源模块5和FlashRAM6相互连通，无线通信模 块3上连通有天线7；所述RFID读写器包括RS232接口和微控制器1，微控制器1和无线通信模 块3、GSM模块4、电源模块5、FlashRAM6相互连通；所述RFID标签和RFID读写器工作于2.4G ISM频段；所述RFID读写器以无线方式组成多跳自组织网的方式连接起来，构建RFID读写器 网络。

当携带标签的人或物体的位置信息能够被标签中的GPS接收器接收到时，标签主 动启动TTF（卡片先发言）协议，将位置信息周期性发送给RFID读写器，RFID读写器将接收到 的位置信息通过RS232接口发送给主机；当在室内环境下，或GPS接收器接收不到位置信息 时，在无线传感器网络覆盖范围内，GPS接收器将处于休眠状态，标签自动转换到RTF（读写 器先发言）协议，等待RFID阅读器的查询信号，当标签接收到查询信号，标签将自身的ID和 RSSI值发送给RFID阅读器，这意味着标签除非收到查询信号，否则大部分时间处于休眠状 态，不发送数据，这样可以节约大量的能量。阅读器位置相对固定，可以预先探知，预先布置 的阅读器利用RSSI值计算出携带标签的人或物的位置信息，可以在几毫秒内得到厘米级定 位精度的信息，通过RS232接口发送给主机。

本系统包含TTF（卡片先发言）协议和RTF（读写器先发言）协议，自动切换基于能否 收到GPS信号：当能够接收到可用的GPS信号时，标签主动启动TTF（卡片先发言）协议，将位 置信息周期性发送给RFID读写器，则在无线传感器网络覆盖范围内，GPS接收器将处于休眠 状态，标签自动转换到RTF（读写器先发言）协议，等待RFID阅读器的查询信号，当标签接收 到查询信号，标签将自身的ID和RSSI值发送给RFID阅读器。当不在WSN的覆盖范围时，自动 启动GSM方式，将GPS数据和标签ID传送给控制计算机，如附图3所示。