CN103546965B - 一种室内定位鞋及其定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内定位鞋及其定位方法，该定位鞋包括鞋面，鞋底，RFID阅读模块，与RFID阅读模块连接的第一无线网络节点模块，与第一无线网络节点模块连接的接近传感器模块，给各模块供电的电池供电模块，以及多个等间距的铺设在室内地面上的RFID位置标签。该定位方法为：接近传感器模块检测鞋底是否离开地面，并将检测到的信号传给第一无线网络节点模块，第一无线网络节点模块根据该信号控制RFID阅读模块的工作模式，RFID阅读模块读取所述RFID位置标签中的信息，并将该信息传给第一无线网络节点模块，第一无线网络节点模块接收到该信息后通过无线网络发送给监控台进行定位。其用于对室内人员（比如老人）进行准确定位，定位简单、使用方便，且成本低。

Description

一种室内定位鞋及其定位方法

技术领域

本发明属于室内定位技术领域，具体涉及一种室内定位鞋及其定位方法。

背景技术

中国已进入老龄化社会，据估计，到2015年，我国60岁以上老年人口将达到2.16亿。到2025年，我国老年人口接近3亿。这无疑将给社会带来巨大的压力，尤其是养老院。由于老人的身体机能下降，精神状态下降，且大多数老人都有慢性疾病，非常容易发生摔倒、慢性疾病发作、走丢等一系列问题。由于养老院比较大，住在里面的老人，如果发生摔倒或者慢性疾病发作，而周围又没有其他人，看护人员不知道老人所处的位置，不能及时的将老人扶起或者送往医院，有时会造成严重的后果，为了能准确的知道老人的位置，可对老人在室内的行动轨迹进行定位，当出现紧急情况时，看护人员能迅速的找到老人。

目前可应用于室内的定位技术有红外线室内定位技术、蓝牙定位技术、超声波定位技术、超宽带定位技术、Wi-Fi定位技术和射频识别（RFID）技术等。

射频识别技术的定位精度可以达到几厘米，且使用方便、成本低，其复杂度也较低，并且可以根据实际应用情况来调节精度控制成本。现有的RFID定位技术都是通过布置大量RFID阅读器，同时读取附近RFID位置标签，再将读取情况发送到集中运算控制器（如PC）通过算法来确定标签的位置。这一技术不仅需要铺设大量远距离RFID阅读器才能提高定位的精度，而且还需要铺设大量的线材，定位***的复杂度较高，且价格昂贵，并且在实际应用中还存在有物体遮挡无法阅读到标签的问题。

公告号为CN203191542U、名称为“基于红外技术的定位辅助装置”的专利，其将两个测量单元分别绑在人的两个鞋子的侧面来进行定位，人在行走过程中，通过测量单元上的MCU、红外线发射管与红外接收管的配合，实现互相检测对方发来的红外信号时间和发射源的位置来算出此时两只鞋的相对位置，并通过累加计算而实现人在室内的定位。其存在如下问题：（1）这种定位辅助装置绑在鞋子的侧面使用，不能防水、防尘，也不方便使用，如果其用在鞋子里面，红外线发射管和红外接收管容易被鞋子的其它部分遮住，不能发挥检测作用，没有实际使用价值；（2）人在行走时，如果左、右脚之间有其它物体挡住时，该定位辅助装置不能起到定位的作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种室内定位鞋及其定位方法，用于对室内人员（比如老人）进行准确定位，其定位简单、使用方便，且成本低。

本发明所述的室内定位鞋，包括鞋面和鞋底，还包括RFID阅读模块，与RFID阅读模块连接的第一无线网络节点模块，与第一无线网络节点模块连接的接近传感器模块，给RFID阅读模块、第一无线网络节点模块、接近传感器模块提供工作电源的电池供电模块，以及多个RFID位置标签；所述RFID阅读模块、第一无线网络节点模块、接近传感器模块、电池供电模块设在鞋底内，所述的多个RFID位置标签等间距的铺设在室内地面上；接近传感器模块检测鞋底是否离开地面，并将检测到的信号传给第一无线网络节点模块，第一无线网络节点模块根据该信号控制RFID阅读模块的工作模式，RFID阅读模块读取所述RFID位置标签中的信息，并将该信息传给第一无线网络节点模块，第一无线网络节点模块接收到该信息后通过无线网络发送给监控台进行定位。

所述RFID阅读模块设置在鞋底的前脚掌外边缘处，通过锡箔纸半封闭封装；所述接近传感器模块为两对光电接近开关，分别设置在鞋底的前部靠近鞋尖处和鞋底的鞋跟部。由于RFID阅读模块中有RFID天线，第一无线网络节点模块中有发射接收无线信号的高频天线，为了解决电磁干扰问题，应将两个模块采用磁珠、分开附铜的方式（此方式为现有技术）进行严格的隔离，将第一无线网络节点模块设在鞋底的鞋跟部，将RFID阅读模块设置在鞋底的前脚掌外边缘处，并将RFID阅读模块采用锡箔纸半封闭封装起来，使之与其它模块进行电磁场隔离，从而在电磁环境上改善电路的工作性能，可以有效提高RFID阅读模块的灵敏度以及第一无线网络节点模块的网络通信准确度。

所述电池供电模块由充电电池和无线充电模块构成，无线充电模块与第一无线网络节点模块连接，无线充电模块与充电电池连接，无线充电模块在第一无线网络节点模块的控制下利用从鞋外耦合得到的电能给充电电池充电；所述第一无线网络节点模块、充电电池和无线充电模块设置在鞋底的鞋跟部。各模块都设在鞋底内，鞋底采用密封防水封装，防水防尘。采用充电电池供电，大大增加了定位鞋的可移动性，更方便用户使用，采用无线充电的方式，在密封防水封装后，充电仍然方便。

进一步，所述电池供电模块配置有无线充电器，该无线充电器位于定位鞋外，其由电源转换模块、第二无线网络节点模块和无线供电模块构成；在无线充电器的壳体上贴有一个表示无线充电器位置的RFID位置标签，电源转换模块、第二无线网络节点模块、无线供电模块设置在所述壳体内，电源转换模块给第二无线网络节点模块、无线供电模块供电，第二无线网络节点模块通过无线网络与监控台连接，接收充电或断电请求，第二无线网络节点模块与无线供电模块连接，根据接收到的充电或断电请求控制无线供电模块工作或不工作，无线供电模块工作时与无线充电模块耦合，将电能传给无线充电模块。充电电池在充满之后，通过控制停止充电，减少了对充电电池的伤害，同时也节约了电能。

进一步，所述第一无线网络节点模块、第二无线网络节点模块都采用6LoWPAN节点模块。6LoWPAN既具有低功耗、低复杂度、低成本等特点，又能实现下一代网络通信的标准IPv6，每个节点都分配有IPv6的地址，其提供了一个理想的无线网络平台。

采用上述室内定位鞋对室内人员进行定位的方法，包括：

步骤一、接近传感器模块检测鞋底是否离开地面，并将检测到的信号传给第一无线网络节点模块，第一无线网络节点模块根据鞋底是否离开地面，来判断人处于停留状态或者走动状态；

步骤二、如果鞋底离开地面，则判断人处于停留状态，第一无线网络节点模块控制RFID阅读模块读取当前所处位置的RFID位置标签中的信息，其读取的时间间隔为T1，如果鞋底未离开地面，则判断人处于走动状态，第一无线网络节点模块控制RFID阅读模块读取当前所处位置的RFID位置标签中的信息，其读取的时间间隔为T2，其中，T1>T2；

步骤三、RFID阅读模块读取到信息后传给第一无线网络节点模块，第一无线网络节点模块接收到该信息后，将该信息通过无线网络发送给监控台，监控台根据该信息判断当前人所处的位置。

进一步，在步骤三中，第一无线网络节点模块在接收到RFID阅读模块传来的信息后，先判断该信息是否为无线充电器位置信息；如果不是，再将该信息通过无线网络发送给监控台，监控台根据该信息判断当前人所处的位置；如果是，则控制无线充电模块工作，并向监控台发送充电请求，等待充电完成后，向监控台发送断电请求，并控制无线充电模块停止工作。

进一步，根据人在室内的停留和走动的情况，将读取RFID位置标签的时间间隔T1设定为500ms，T2设定为100ms，其既能对人进行较准确的定位，又能节约电能，减少功耗。

本发明具有如下效果：

（1）将RFID阅读模块放在鞋底中，把RFID位置标签铺设在地板上，利用无线网络进行定位，不需在地面上铺设线路，最大程度的利用了RFID定位技术精度高的优点，且避免了由于物体遮挡无法读取标签的问题，其能对室内人员（比如老人）进行准确定位，定位简单、使用方便，具有较高的实际应用价值。

（2）利用接近传感器模块对室内人员停留和走动的状态进行判断，针对不同状态，RFID阅读模块以不同的时间间隔阅读RFID位置标签，如果人处于走动状态就减少间隔时间，加快阅读速度，确保位置更新的速度，如果人处于停留状态，就延长间隔时间，减慢阅读速度，从而减少电池能量的消耗，同时也保障位置更新。如果不采用接近传感器模块，而只靠固定的采集频率来阅读RFID位置标签，采集频率设的太高，能耗就会太大，采集频率设的太低，定位精度又保证不了。据统计观察，人在室内的停留时间远大于走动时间，故采用接近传感器模块可大大降低能耗且保证定位精度。

（3）由于使用了完全自动化的无线网络控制充电，操作起来十分方便，只需将鞋子放在无线充电器上，完全不需要寻找与接口匹配的充电线，所有操作都将自动完成，充电方便。由于使用了无线网络化控制，鞋子内的处理器（即第一无线网络节点模块）可以通过无线网络控制无线充电器充电，充电电池不会出现过充和带负载充电的情况，延长了充电电池寿命。使用全封闭外部封装并采用无线充电方式，鞋子外部不需要留充电接口，其不会存在灰尘和水进入充电接口而导致鞋子内部短路，烧毁内部电路或者充电接口被灰尘堵塞造成充不上电等情况。

附图说明

图1为本发明的电路框图。

图2为本发明中接近传感器模块的电路图

图3为本发明中第一无线网络节点模块的电路图。

图4为本发明中RFID阅读模块的电路图。

图5为本发明中无线充电模块的电路图。

图6为本发明中电池供电模块配置的无线充电器的电路框图。

图7为本发明的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1至图5所示的室内定位鞋，包括鞋面，鞋底，RFID阅读模块1，与RFID阅读模块1通过柔性导线连接的第一无线网络节点模块2，与第一无线网络节点模块2通过柔性导线连接的接近传感器模块3，给RFID阅读模块1、第一无线网络节点模块2、接近传感器模块3提供工作电源的电池供电模块4，以及多个RFID位置标签5，多个RFID位置标签5等间距的铺设在室内地面上。电池供电模块4由充电电池41和无线充电模块42构成，无线充电模块42与第一无线网络节点模块2连接，无线充电模块42与充电电池41连接，无线充电模块42在第一无线网络节点模块2的控制下利用从鞋外耦合得到的电能给充电电池41充电。

如图2所示，接近传感器模块3为两对光电接近开关（第一对为发射器D2、接收器D3，第二对为发射器D4、接收器D5），其分别设置在鞋底的前部靠近鞋尖处和鞋底的鞋跟部，利用地面对光束的遮挡或反射，来检测鞋子是否离开地面（即检测人处于停留或走动状态）。

如图3所示，第一无线网络节点模块2为6LoWPAN节点模块，其设置在鞋底的鞋跟部，由无线网络芯片U1（型号为遵循802.15.4协议的CC2530）及其附属电路构成。

如图4所示，RFID阅读模块1由RFID天线、RFID读写芯片U2（型号为TRF7962）及其附属电路构成，RFID阅读模块1设置在鞋底的前脚掌外边缘处，通过锡箔纸半封闭封装。

如图5所示，由充电电池41和无线充电模块42构成的电池供电模块4设置在鞋底的鞋跟部，无线充电模块42由电压信号处理芯片U3（型号为BQ5105X）、受无线网络芯片U1控制的电子开关S以及附属电路构成。

如图6所示，电池供电模块4配置有无线充电器6，该无线充电器6位于定位鞋外，其由电源转换模块61、第二无线网络节点模块62和无线供电模块63构成；在无线充电器的壳体上贴有一个表示无线充电器位置的RFID位置标签，电源转换模块61、第二无线网络节点模块62、无线供电模块63设置在所述壳体内，第二无线网络节点模块62为6LoWPAN节点模块，电源转换模块61给第二无线网络节点模块62、无线供电模块63供电，第二无线网络节点模块62通过无线网络与监控台连接，接收充电或断电请求，第二无线网络节点模块62与无线供电模块63连接，根据接收到的充电或断电请求控制无线供电模块63工作或不工作，无线供电模块63工作时与无线充电模块42耦合（即与其中的线圈L6耦合），将电能传给无线充电模块42。

如图7所示，采用上述定位鞋，进行定位的方法包括如下步骤：

（1）接近传感器模块3检测鞋底是否离开地面，并将检测到的信号传给第一无线网络节点模块2，第一无线网络节点模块2根据鞋底是否离开地面，来判断人处于停留状态或者走动状态。

其具体过程如下：两对光电接近开关将输入电流在发射器D2、D4上转换为光信号发射出，当鞋子未离开地面时，接收器D3和/或D5，不能接收到光信号，没有信号输出，无线网络芯片U1内部设定33、34脚为低电平，表示当前人处于停留状态；当鞋子离开地面时，接收器D3、D5在地面的反射下，因接收到光信号而导通，输出高电平给无线网络芯片U1的33、34脚，无线网络芯片U1判断当前人处于走动状态。

（2）如果鞋底未离开地面，则人处于停留状态，第一无线网络节点模块2控制RFID阅读模块1读取当前所处位置的RFID位置标签5中的信息，其读取的时间间隔T1为500ms，如果鞋底离开地面，则人处于走动状态，第一无线网络节点模块2控制RFID阅读模块1读取当前所处位置的RFID位置标签5中的信息，其读取的时间间隔T2为100ms；RFID阅读模块1读取到信息后传给第一无线网络节点模块2，第一无线网络节点模块2接收到该信息后，判断该信息是否为无线充电器位置信息；如果不是，则将该信息通过6LoWPAN无线网络发送给监控台，监控台根据该信息判断当前人所处的位置；如果是，则控制无线充电模块42工作，并向监控台发送充电请求，等待充电完成后，向监控台发送断电请求，并控制无线充电模块42停止工作。

其具体过程如下：

如果鞋底未离开地面，人处于停留状态，则无线网络芯片U1设置定时器时间为500ms并打开定时器，然后进入休眠状态，等待定时器唤醒，定时时间到后，关闭定时器，无线网络芯片U1控制RFID读写芯片U2读取RFID位置标签上的信息，RFID读写芯片U2读取到信息后传给无线网络芯片U1，无线网络芯片U1接收到该信息后，判断该信息是否为无线充电器位置信息，如果不是无线充电器位置信息，则将该信息通过6LoWPAN无线网络发送给监控台，并返回判断人的当前状态，监控台则根据得到的信息判断当前人所处的位置；如果是无线充电器位置信息，则无线网络芯片U1接通无线充电模块42中的电子开关S，并向监控台发送充电请求，监控台同意后，通过无线网络向第二无线网络节点模块62发送充电指令；第二无线网络节点模块62收到定位鞋的充电指令后，控制无线供电模块63工作，无线供电模块63通过线圈与无线充电模块42的线圈L6耦合，向充电电池41传送电能；无线网络芯片U1检测到电量充满后，断开无线充电模块42中的电子开关S，向监控台发送充电完成报告及断电请求，监控台同意后，通过无线网络向第二无线网络节点模块62发送断电指令（即结束充电指令），第二无线网络节点模块62收到定位鞋的充电指令后，控制无线供电模块63不工作。

如果鞋底离开地面，人处于走动状态，则无线网络芯片U1设置定时器时间为100ms并打开定时器，然后进入休眠状态，等待定时器唤醒，定时时间到后，关闭定时器，无线网络芯片U1控制RFID读写芯片U2读取RFID位置标签上的信息，RFID读写芯片U2读取到信息后传给无线网络芯片U1，无线网络芯片U1接收到该信息后，判断该信息是否为无线充电器位置信息，如果不是无线充电器位置信息，则将该信息通过6LoWPAN无线网络发送给监控台，并返回判断人的当前状态，监控台则根据得到的信息判断当前人所处的位置；如果是无线充电器位置信息，则进行如上述方式相同的充电过程。

上述仅为本发明的较佳实施例，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种室内定位鞋，包括鞋面和鞋底，其特征在于：还包括RFID阅读模块(1)，与RFID阅读模块(1)连接的第一无线网络节点模块(2)，与第一无线网络节点模块(2)连接的接近传感器模块(3)，给RFID阅读模块(1)、第一无线网络节点模块(2)、接近传感器模块(3)提供工作电源的电池供电模块(4)，以及多个RFID位置标签(5)；所述RFID阅读模块(1)、第一无线网络节点模块(2)、接近传感器模块(3)、电池供电模块(4)设在鞋底内，所述的多个RFID位置标签(5)等间距的铺设在室内地面上；接近传感器模块检测鞋底是否离开地面，并将检测到的信号传给第一无线网络节点模块，第一无线网络节点模块根据该信号控制RFID阅读模块的工作模式，RFID阅读模块读取所述RFID位置标签中的信息，并将该信息传给第一无线网络节点模块，第一无线网络节点模块接收到该信息后通过无线网络发送给监控台进行定位；

所述RFID阅读模块(1)设置在鞋底的前脚掌外边缘处，通过锡箔纸半封闭封装；

所述接近传感器模块(3)为两对光电接近开关，分别设置在鞋底的前部靠近鞋尖处和鞋底的鞋跟部；

所述电池供电模块(4)由充电电池(41)和无线充电模块(42)构成，无线充电模块(42)与第一无线网络节点模块(2)连接，无线充电模块(42)与充电电池(41)连接，无线充电模块在第一无线网络节点模块的控制下利用从鞋外耦合得到的电能给充电电池充电；第一无线网络节点模块(2)、充电电池(41)和无线充电模块(42)设置在鞋底的鞋跟部；

所述电池供电模块(4)配置有无线充电器(6)，该无线充电器位于定位鞋外，其由电源转换模块(61)、第二无线网络节点模块(62)和无线供电模块(63)构成；在无线充电器的壳体上贴有一个表示无线充电器位置的RFID位置标签，电源转换模块(61)、第二无线网络节点模块(62)、无线供电模块(63)设置在所述壳体内，电源转换模块(61)给第二无线网络节点模块(62)、无线供电模块(63)供电，第二无线网络节点模块(62)通过无线网络与监控台连接，接收充电或断电请求，第二无线网络节点模块(62)与无线供电模块(63)连接，根据接收到的充电或断电请求控制无线供电模块工作或不工作，无线供电模块(63)工作时与无线充电模块(42)耦合，将电能传给无线充电模块。

2.根据权利要求1所述的室内定位鞋，其特征在于：所述第一无线网络节点模块(2)、第二无线网络节点模块(62)都采用6LoWPAN节点模块。

3.采用如权利要求1-2任一所述的室内定位鞋进行定位的方法，包括：

步骤一、接近传感器模块的第一对光电接近开关为发射器D2、接收器D3，接近传感器模块的第二对光电接近开关为发射器D4、接收器D5，两对光电接近开关将输入电流在发射器D2、D4上转换为光信号发射出，当鞋子未离开地面时，接收器D3和/或D5，不能接收到光信号，没有信号输出给第一无线网络节点模块的无线网络芯片，当鞋子离开地面时，接收器D3、D5在地面的反射下，因接收到光信号而导通，输出高电平给第一无线网络节点模块的无线网络芯片，第一无线网络节点模块的无线网络芯片根据鞋底是否离开地面，来判断人处于停留状态或者走动状态；

步骤二、如果鞋底离开地面，则判断人处于停留状态，第一无线网络节点模块(2)控制RFID阅读模块(1)读取当前所处位置的RFID位置标签中的信息，其读取的时间间隔为T1，如果鞋底未离开地面，则判断人处于走动状态，第一无线网络节点模块(2)控制RFID阅读模块(1)读取当前所处位置的RFID位置标签中的信息，其读取的时间间隔为T2，其中，T1>T2；

步骤三、RFID阅读模块(1)读取到信息后传给第一无线网络节点模块(2)，第一无线网络节点模块(2)接收到该信息后，将该信息通过无线网络发送给监控台，监控台根据该信息判断当前人所处的位置。

4.根据权利要求3所述的室内定位鞋的定位方法，其特征在于：在步骤三中，第一无线网络节点模块(2)在接收到RFID阅读模块(1)传来的信息后，先判断该信息是否为无线充电器位置信息；如果不是，再将该信息通过无线网络发送给监控台，监控台根据该信息判断当前人所处的位置；如果是，则控制无线充电模块(42)工作，并向监控台发送充电请求，等待充电完成后，向监控台发送断电请求，并控制无线充电模块停止工作。

5.根据权利要求3或4所述的室内定位鞋的定位方法，其特征在于：所述时间间隔T1为500ms，时间间隔T2为100ms。