CN107037394A - 方向定位设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种方向定位设备及方法，其包括天线、无线通信模块、多个方向上的指示单元和角度传感器，相邻指示单元间的夹角相等，用于对发送信号的从设备进行方向定位，无线通信模块接收该些方向上的信号，判断各方向上的信号强弱，控制最强方向上的指示单元开启；角度传感器用于实时检测方向定位设备的水平的角度值和方向；无线通讯模块存储最近一次接收到信号时最近接收到的角度值；无线通信模块在一时间段内未收到信号时，计算偏转角度差值以及偏转方向；计算该偏转角度差值与该夹角的倍数值i，并控制以最近开启的指示单元为原点、且与偏转方向相反的方向上的第i个指示单元开启，本发明能够定位到从设备的大致方向。

Description

方向定位设备及方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种基于Zigbee(紫蜂协议)技术的方向定位设备及方法。
背景技术
ZigBee无线通信技术是一种低速率、低功耗、低成本的双向无线通信网络技术，可广泛应用于各个行业监控、安全***、传感器传输网络、智能家居控制等领域。它工作在868MHz、915MHz和2.4GHz三个频段上，共有27个信道，通讯距离从标准的75m到几百米、甚至上千米。其中，工作于2.4GHz频段时提供250kbps的数据传输率，适用于高吞吐量、低延时或低作业周期的场合；工作于868/915MHz频段时提供20kbps、40kbps的数据传输率，适用于低速率、高灵敏度和大面积的场合。
ZigBee协议栈是基于标准的七层开放式***互联(OSI)模型，但仅对那些涉及ZigBee的层给予定义。IEEE(电气和电子工程师协会)802.15.4-203标准定义了物理层(PHY)和介质接入控制子层(MAC)；ZigBee联盟提供了网络层(NWK)和应用层(APL)框架的设计。其中应用层的框架包括应用支持子层(APS)、Zigbee设备对象(ZDO)和由制造商制定的应用对象。ZigBee协议栈的每一层为其上层提供一组特定的服务：一个数据实体提供数据传输服务，一个管理实体提供其他全部服务。每个服务实体通过一个服务接入点(SAP)为其上层提供服务结构，并且每个SAP提供了一系列的基本指令来完成相应的功能。
目前，基于Zigbee技术的近距离定位设备技术中，其中定位设备和从设备均是可以移动的，定位设备根据其与从设备间的无线通讯，通过其上的天线接收多个方向上的信号，根据信号的RSSI(接收的信号强度指示)值确定该些方向中各方向上的信号强弱，由于定位设备在该些方向的每一方向上均对应有一个方向指示灯，所以Zigbee芯片可以控制信号最强对应的方向上的方向指示灯亮，以为使用者提供从设备的方向，从而达到定位、追踪的目的。
但是，如果从设备到定位设备的距离超出Zigbee通讯的最大值，定位设备就接收不到从设备发射的信号，倘若此时使用者对手持的该定位设备进行了移动或者仅是手腕、手臂的转动，将导致在移动或转动前的最后一次无线通讯确定的定位方向的方向指示灯失去正确的导向作用，反而起到错误的导向作用，从而导致使用者无法正确定位、追踪从设备。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中定位设备接收不到从设备发射的信号，且此时使用者移动或转动定位设备导致移动或转动前的最后一次无线通讯确定的定位方向失去正确的导向作用的缺陷，提供一种方向定位设备及方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供一种方向定位设备，用于对一从设备进行方向定位，该从设备用于不断发送信号，该方向定位设备包括一接收多个方向上的该信号的天线、一无线通信模块和该些方向的每一方向上对应的指示单元，相邻指示单元间的夹角相等，该无线通信模块用于根据该天线接收到的该些信号的RSSI值判断该些方向中各方向上的信号强弱，并控制信号最强对应的方向上的指示单元开启，其特点在于，该方向定位设备存储有该夹角，该方向定位设备还包括一角度传感器；
该角度传感器用于实时检测该方向定位设备的水平角度值和方向，并将该水平角度值和该方向传输至该无线通讯模块；
该无线通讯模块用于存储最近一次接收到信号时最近接收到的水平角度值和方向；
该无线通信模块还用于在一时间段内未接收到该信号时，计算该角度传感器传输来的当前水平角度值与最近接收到的该信号对应的水平角度值间的偏转角度差值、以及当前方向与最近接收到的该信号对应的方向间的偏转方向；
该无线通信模块还用于计算该偏转角度差值与该夹角的倍数值i，并控制以最近开启的指示单元为原点、且与该偏转方向相反的方向上的第i个指示单元开启，i为正整数。
较佳地，该倍数值i采用四舍五入取值方式。
较佳地，该方向定位设备存储有一设定角度值，该设定角度值小于该夹角、且该设定角度值与该夹角的角度差值小于10°，该无线通信模块还用于计算该偏转角度差值与该设定角度值的倍数值i，并控制以最近开启的指示单元为原点、且与该偏转方向相反的方向上的第i个指示单元开启。
在本方案中，设置设定角度值略小于夹角，这种设置方式的好处在于能够较为准确地对移动后的开启的指示单元所指向的方向进行方向修正，修正后使得方向定位设备中开启的指示单元所指向的方向更接近最近一次接收到信号时对应的定位跟踪方向。例如，设定夹角为45°，设定角度值为40°，偏转角度差值为85°，无线通信模块计算出偏转角度差值85°与该设定角度值40°的倍数值i，即i＝2，此时控制以最近开启的指示单元为原点、且与偏转角度差值对应的偏转方向相反的方向上的第2个指示单元开启工作，即此时沿着偏转方向相反的方向修正了90°，而偏转角度差值为85°，由此可见，本方案能够较为准确地定位出最近一次接收到信号时对应的定位跟踪方向。
较佳地，该无线通信模块用于在该时间段内未接收到该信号时发送一报警信号。
较佳地，该角度传感器为一陀螺仪芯片。
较佳地，该无线通信模块为一Zigbee芯片。
较佳地，该陀螺仪芯片通过IIC(集成电路总线)与该Zigbee芯片电连接。IIC是双向、两线(串行时钟SCL、串行数据SDA)、串行、多主控(multi-master)接口标准，具有总线仲裁机制，非常适合在元器件之间进行近距离的数据通信。本方案采用IIC使得硬件连接关系简单、控制也简单，且具有通用性强的功能。
较佳地，该指示单元为一LED(发光二极管)指示灯。
本发明还提供一种方向定位方法，其特点在于，其利用上述的方向定位设备实现，该方向定位方法包括以下步骤：
该角度传感器实时检测该方向定位设备的水平角度值和方向，并将该水平角度值和该方向传输至该无线通讯模块；
该无线通讯模块存储最近一次接收到信号时最近接收到的水平角度值和方向；
该无线通信模块在一时间段内未接收到该信号时，计算该角度传感器传输来的当前水平角度值与最近接收到的该信号对应的水平角度值间的偏转角度差值、以及当前方向与最近接收到的该信号对应的方向间的偏转方向；
该无线通信模块计算该偏转角度差值与该夹角的倍数值i，并控制以最近开启的指示单元为原点、且与该偏转方向相反的方向上的第i个指示单元开启，i为正整数。
较佳地，该方向定位设备存储有一设定角度值，该设定角度值小于该夹角、且该设定角度值与该夹角的角度差值小于10°，该无线通信模块计算该偏转角度差值与该设定角度值的倍数值i，并控制以最近开启的指示单元为原点、且与该偏转方向相反的方向上的第i个指示单元开启。
较佳地，该无线通信模块在该时间段内未接收到该信号时发送一报警信号。
合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
通过本发明，在从设备到方向定位设备的距离超出无线通讯的最大值，即方向定位设备接收不到从设备发射的信号，恰巧此时使用者移动方向定位设备时，能够对移动后的开启的指示单元所指向的方向进行方向修正，修正后使得方向定位设备中开启的指示单元所指向的方向大致为最近一次接收到信号时对应的定位跟踪方向，从而使得使用者能够及时地向该定位跟踪方向进行追踪，进而减少了方向定位设备与从设备间的距离，由此就可建立二者的无线通讯，进而再次寻找到从设备。
附图说明
图1为本发明实施例1的方向定位设备的结构框图。
图2为本发明实施例1的方向定位设备中Zigbee芯片与陀螺仪芯片的硬件电路图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例提供一种方向定位设备，其包括一天线、一无线通信模块、多个方向上的指示单元和一角度传感器。该方向定位设备用于对一从设备进行方向定位，该从设备用于不断发送信号。
在本实施例中，如图1所示，其中该天线采用定向天线1，该无线通信模块采用Zigbee芯片2，该指示单元采用LED指示灯3，该角度传感器采用陀螺仪芯片4。当然，本领域技术人员应该知道，该天线、该无线通信模块、该指示单元和该角度传感器的选用并不局限上述采用的器件。
如图2所示，Zigbee芯片2和陀螺仪芯片4间通过IIC进行通讯。具体地，Zigbee芯片2的第六引脚通过IIC中的串行数据线(SDA)与陀螺仪芯片4的第二十四引脚电连接，Zigbee芯片2的第七引脚通过IIC中的串行时钟线(SCL)与陀螺仪芯片4的第二十三引脚电连接，这种硬件连接关系简单，使得相应的控制关系也简单，且具有通用性强的功能。此外，Zigbee芯片2和陀螺仪芯片4上的其他引脚连接的电路是为了配合Zigbee芯片2和陀螺仪芯片4工作的辅助电路，是现有技术，这里不再赘述。
此外，相邻LED指示灯3间的夹角相等，相应地，该方向定位设备存储有该夹角。
上面介绍了该方向定位设备包括的部件，下面具体介绍该方向定位设备中各部件的功能：
该Zigbee芯片2用于通过该定向天线1接收该些方向上的信号，根据该些信号的RSSI值判断该些方向中各方向上的信号强弱，并将信号最强对应的方向作为最强方向，而且控制该最强方向上的LED指示灯3开启；
该陀螺仪芯片4用于实时检测该方向定位设备的水平角度值和方向，并将该水平角度值和该方向传输至该Zigbee芯片2；
该Zigbee芯片2用于存储该信号与距接收到该信号时最近接收到的水平角度值和方向的一一对应关系；
该Zigbee芯片2还用于在一时间段内未接收到该信号时，计算该陀螺仪芯片4传输来的当前水平角度值与最近接收到的该信号对应的水平角度值间的偏转角度差值、以及当前方向与最近接收到的该信号对应的方向间的偏转方向，再计算该偏转角度差值与该夹角的倍数值i，并控制以最近开启的LED指示灯为原点、且与该偏转方向相反的方向上的第i个LED指示灯3开启，i为正整数。
而且，该Zigbee芯片2还用于在该时间段内未接收到该信号时发送一报警信号，使得使用者知道该方向定位设备在该时间段内未接收到信号这一情况。
本实施例还提供一种方向定位方法，其利用上述的方向定位设备实现，该方向定位方法包括以下步骤：
该Zigbee芯片通过该定向天线接收该些方向上的信号，根据该些信号的RSSI值判断该些方向中各方向上的信号强弱，并将信号最强对应的方向作为最强方向，而且控制该最强方向上的LED指示灯开启；
该陀螺仪芯片实时检测该方向定位设备的水平角度值和方向，并将该水平角度值和该方向传输至该Zigbee芯片；
该Zigbee芯片存储该信号与距接收到该信号时最近接收到的水平角度值和方向的一一对应关系；
该Zigbee芯片在一时间段内未接收到该信号时，计算该陀螺仪芯片传输来的当前水平角度值与最近接收到的该信号对应的水平角度值间的偏转角度差值、以及当前方向与最近接收到的该信号对应的方向间的偏转方向，再计算该偏转角度差值与该夹角的倍数值i，并控制以最近开启的LED指示灯为原点、且与该偏转方向相反的方向上的第i个LED指示灯3开启，i为正整数。
为了更好地理解本发明，下面举一具体的例子来说明本发明的技术方案：
设该方向定位设备上的定向天线1可以接收朝东方向、朝东北方向、朝北方向、朝西北方向、朝西方向、朝西南方向、朝南方向以及朝东南方向这八个方向上的信号，且该方向定位设备在此八个方向上各设置一个LED指示灯3，每两个LED指示灯3间的夹角为45°。
Zigbee芯片2通过定向天线1接收上述该些方向上的信号，根据该些信号的RSSI值判断该些方向中各方向上的信号强弱，设定判断出朝东方向上的信号最强，则将信号最强对应的方向作为最强方向，即最强方向为朝东方向，这时控制朝东方向上的LED指示灯3亮，使用者由此知道当前从设备在朝东方向，使用者就可以朝东方向定位、追踪从设备。
下一时刻，Zigbee芯片2通过定向天线1接收上述该些方向上的信号，并根据该些信号的RSSI值判断出朝北方向上的信号最强，由此控制朝北方向上的LED指示灯3亮。
在上述Zigbee芯片2定位的过程中，陀螺仪芯片4实时检测该方向定位设备的水平角度值和方向，并将该水平角度值和该方向传输至该Zigbee芯片2，Zigbee芯片2存储该信号与距接收到该信号时最近一次接收到的水平角度值和方向的一一对应关系。例如当前时刻Zigbee芯片2中存储有第一次接收到的信号、水平角度值0°、方向朝东的对应关系，以及，第二次接收到的信号、水平角度值90°、方向朝北的对应关系。
此后，Zigbee芯片2在一时间段(10秒)内未接收到信号，计算陀螺仪芯片4传输来的当前水平角度值(例如170°)与最近接收到的该信号对应的水平角度值(90°)间的偏转角度差值80°，以及当前方向(偏西方向)与最近接收到的该信号对应的方向(朝北方向)间的偏转方向(方向由北向西逆时针偏转)，然后再计算该偏转角度差值80°与该夹角45°的倍数值为1，由此控制以最近开启的LED指示灯为原点、且与该偏转方向相反的方向上的第1个LED指示灯3开启，即当前大致西北方向上的LED指示灯3开启亮。此时，沿着偏转方向相反的方向修正了45°，而偏转角度差值为80°，由此可见，本实施例能够大致定位出最近一次接收到信号时对应的定位跟踪方向，即开启的大致西北方向上的LED指示灯3所指向的方向即为大致的定位方向，使用者可朝此方向进行追踪。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于以设置的设定角度值作为比较基准。具体地，该方向定位设备存储有一设定角度值，该设定角度值小于该夹角、且该设定角度值与该夹角的角度差值小于10°，该无线通信模块还用于计算该偏转角度差值与该设定角度值的倍数值i，并控制以最近开启的指示单元为原点、且与该偏转方向相反的方向上的第i个指示单元开启。
参照实施例1的例子，在此例子中设置设定角度值略小于夹角，即设定角度值为40°。
Zigbee芯片2在10秒内未接收到信号，计算陀螺仪芯片4传输来的当前水平角度值(例如170°)与最近接收到的该信号对应的水平角度值(90°)间的偏转角度差值80°，以及当前方向(偏西方向)与最近接收到的该信号对应的方向(朝北方向)间的偏转方向(方向由北向西逆时针偏转)，然后再计算该偏转角度差值80°与该夹角40°的倍数值为2，由此控制以最近开启的LED指示灯为原点、且与该偏转方向相反的方向上的第2个LED指示灯3开启，即当前大致朝北方向上的LED指示灯3开启亮。此时，沿着偏转方向相反的方向修正了90°，而偏转角度差值为80°，由此可见，本实施例能够较为准确地定位出最近一次接收到信号时对应的定位跟踪方向，即开启的大致朝北方向上的LED指示灯3所指向的方向的定位方向，使用者可朝此方向进行追踪。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种方向定位设备，用于对一从设备进行方向定位，该从设备用于不断发送信号，该方向定位设备包括一接收多个方向上的该信号的天线、一无线通信模块和该些方向的每一方向上对应的指示单元，相邻指示单元间的夹角相等，该无线通信模块用于根据该天线接收到的该些信号的RSSI值判断该些方向中各方向上的信号强弱，并控制信号最强对应的方向上的指示单元开启，其特征在于，该方向定位设备存储有该夹角，该方向定位设备还包括一角度传感器；
该角度传感器用于实时检测该方向定位设备的水平角度值和方向，并将该水平角度值和该方向传输至该无线通讯模块；
该无线通讯模块用于存储最近一次接收到信号时最近接收到的水平角度值和方向；
该无线通信模块还用于在一时间段内未接收到该信号时，计算该角度传感器传输来的当前水平角度值与最近接收到的该信号对应的水平角度值间的偏转角度差值、以及当前方向与最近接收到的该信号对应的方向间的偏转方向；
该无线通信模块还用于计算该偏转角度差值与该夹角的倍数值i，并控制以最近开启的指示单元为原点、且与该偏转方向相反的方向上的第i个指示单元开启，i为正整数。
2.如权利要求1所述的方向定位设备，其特征在于，该倍数值i采用四舍五入取值方式。
3.如权利要求1所述的方向定位设备，其特征在于，该方向定位设备存储有一设定角度值，该设定角度值小于该夹角、且该设定角度值与该夹角的角度差值小于10°，该无线通信模块还用于计算该偏转角度差值与该设定角度值的倍数值i，并控制以最近开启的指示单元为原点、且与该偏转方向相反的方向上的第i个指示单元开启。
4.如权利要求1所述的方向定位设备，其特征在于，该无线通信模块用于在该时间段内未接收到该信号时发送一报警信号。
5.如权利要求1所述的方向定位设备，其特征在于，该角度传感器为一陀螺仪芯片。
6.如权利要求5所述的方向定位设备，其特征在于，该无线通信模块为一Zigbee芯片。
7.如权利要求6所述的方向定位设备，其特征在于，该陀螺仪芯片通过IIC与该Zigbee芯片电连接。
8.如权利要求1所述的方向定位设备，其特征在于，该指示单元为一LED指示灯。
9.一种方向定位方法，其特征在于，其利用如权利要求1所述的方向定位设备实现，该方向定位方法包括以下步骤：
该角度传感器实时检测该方向定位设备的水平角度值和方向，并将该水平角度值和该方向传输至该无线通讯模块；
该无线通讯模块存储最近一次接收到信号时最近接收到的水平角度值和方向；
该无线通信模块在一时间段内未接收到该信号时，计算该角度传感器传输来的当前水平角度值与最近接收到的该信号对应的水平角度值间的偏转角度差值、以及当前方向与最近接收到的该信号对应的方向间的偏转方向；
该无线通信模块计算该偏转角度差值与该夹角的倍数值i，并控制以最近开启的指示单元为原点、且与该偏转方向相反的方向上的第i个指示单元开启，i为正整数。
10.如权利要求9所述的方向定位方法，其特征在于，该方向定位设备存储有一设定角度值，该设定角度值小于该夹角、且该设定角度值与该夹角的角度差值小于10°，该无线通信模块计算该偏转角度差值与该设定角度值的倍数值i，并控制以最近开启的指示单元为原点、且与该偏转方向相反的方向上的第i个指示单元开启。
11.如权利要求9所述的方向定位方法，其特征在于，该无线通信模块在该时间段内未接收到该信号时发送一报警信号。
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