机车生产车间室内人员和设备无线定位系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种机车生产车间室内人员和设备无线定位系统及其工作方法，所述的系统包括信息采集模块、定位模块、无线传输模块和智能显示模块；本发明专利技术的信息采集模块包括便携式信息采集设备，由UHFRFID有源电子标签组成。与传统的低高频电子标签相比，UHFRFID电子标签传输速率快，通过布置高频天线能够实现3～5米远距离采集信息，电子标签覆盖范围显著提升，在不影响现场生产的同时实时采集信息，非常适用于厂区生产线现场。本发明专利技术的无线传输模块是由LoRa模块组建的免费频段的自组网络，通过组建LoRaWAN网络拓扑结构，在减少网络成本的同时，实现1千米甚至几千米的传输距离，充分适应工厂环境的需求。

【技术实现步骤摘要】
机车生产车间室内人员和设备无线定位系统及其工作方法
本专利技术涉及无线定位技术，特别是一种机车生产车间室内人员和设备无线定位系统及其工作方法。
技术介绍
随着我国轨道交通系统的迅猛发展以及中国制造2025战略背景下的智能工厂数量增加，使得人员和设备的高效管理成为发展需求。目前市面上多采用低、高频无源RFID设备采集人员设备信息，根据三边测量算法测算人员设备具体位置，并通过有线网络或Wifi网络将位置信息传送到智能终端。目前市面上机车生产车间中对人员设备的定位主要依靠低、高频无源RFID电子标签。低、高频电子标签频率低，存在读写距离近、传输速率低等缺点，在大型工厂中使用时，读写器需求量大，无形中增加了设备成本，不适合在大型工厂中推广使用。数据传输方面，有线网络线缆复杂，不适合复杂的厂区环境，WIFI虽然无需布置线缆，但是覆盖区域较小，无法对庞大的厂区实现有效的覆盖，也存在一定的缺陷。
技术实现思路
为解决现有技术存在的上述问题，本专利技术要设计一种成本低、覆盖范围广、传输速率快、定位精度高的机车生产车间室内人员和设备无线定位系统及其工作方法。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：机车生产车间室内人员和设备无线定位系统，包括信息采集模块、定位模块、无线传输模块和智能显示模块；所述的信息采集模块依次与定位模块、无线传输模块和智能显示模块双向连接；所述的信息采集模块包括采集微控单元和射频模块，用于对人员以及设备定位跟踪的数据采集。所述的采集微控单元与射频模块连接，所述的射频模块采用CC1110射频芯片。所述的采集微控单元对射频模块进行控制，处理RFID读写器发送的无线电载波信号。所述的定位模块包括RFID读写器、定位LoRa模块和定位微控单元，所述的定位微控单元分别与RFID读写器和定位LoRa模块连接。RFID读写器使用一种改进的DV-Hop算法，改进的DV-Hop算法通过计算多个平均跳距的适应度，选取最优的平均跳距，再对最优的平均跳距进行多次迭代，从而寻找出最终的最优跳距，缩短最优跳距误差，将人员和设备的位置信息误差缩短至0.8m。所述的定位LoRa模块负责与无线传输模块的LoRa模块通信，传输采集到的人员设备信息：所述的定位微控单元负责处理RFID读写器读取到的RFID电子标签信息，并对数据进行处理，使用改进算法定位人员设备位置。所述的RFID读写器负责读取RFID电子标签携带的人员设备信息，并对数据进行解调解码，将RFID电子标签携带的信息传送到定位微控单元。所述的无线传输模块包括LoRa无线模块和传输微控单元，无线传输模块负责定位模块与智能显示模块间的数据传输。所述的无线传输模块采用LoRAWAN协议的OTAA入网机制实现定位模块的自动入网。所述的智能显示模块包括智能终端、大屏幕和移动终端，通过建立准确的人员设备状态判定算法和友好的人机界面实现厂区人员及设备的跟踪和管理。进一步地，所述的采集微控单元、定位微控单元和传输微控单元为意法半导体生产的高频STM32F407基于M4内核的微控制器。进一步地，所述的信息采集模块、定位模块和无线传输模块均包括独立的电源模块。进一步地，所述的RFID有源电子标签为高频中长距离板载RFID有源标签。机车生产车间室内人员和设备无线定位系统的工作方法，包括以下步骤：A、系统初始化。B、RFID读写器发送无线电载波信号，对RFID读写器进行配对。C、RFID电子标签被激活，向RFID读写器发送人员设备信息。D、RFID读写器对接收到的数据进行识别，若数据格式正确，则对数据进行解调解码；若数据错误，则放弃数据，从RFID电子标签重新接收。E、定位微控制器对RFID读写器的解码信息进行处理，得到人员设备具体位置。F、定位微控制器将人员设备信息发送到无线传输模块。G、无线传输模块对接收到的数据进行识别，若数据格式正确，则对数据进行解调解码；若数据错误，则放弃数据，从定位模块重新接收。H、无线传输模块将厂区信息与接收到的人员设备信息合并，并加入同步码和效验码封装成帧。I、无线传输模块将信息发送至智能显示模块上，并进行显示。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、由于本专利技术的便携式信息采集设备由UHFRFID有源电子标签(CC1110射频芯片)组成。与传统的低高频电子标签相比，UHFRFID电子标签传输速率快，通过布置高频天线能够实现3～5米远距离采集信息，电子标签覆盖范围显著提升，在不影响现场生产的同时实时采集信息，非常适用于厂区生产线现场。2、由于本专利技术的无线传输模块是由LoRa模块组建的免费频段的自组网络，通过组建LoRaWAN网络拓扑结构，在减少网络成本的同时，实现1千米甚至几千米的传输距离，充分适应工厂环境的需求。3、本专利技术由意法半导体生产的高频STM32F407基于M4内核的微控制器、高频中长距离板载RFID有源标签、RFID读写器和中长距离的LoRa组网结构组成了有别于传统定位系统的新系统。本专利技术使用改进的DV-Hop算法将人员、设备的位置信息误差缩短至0.8米左右，定位精度大幅度提高。通过LORA网络拓扑结构，将LoRa网络的传输距离拓展至1千米甚至几千米，将设备、人员定位信息从LoRa终端节点传入LoRa网关，再传入LoRa服务器，即网络运营服务器。最终传到用户应用服务器。数据中心不仅可以对该信息进行大数据分析，制定出合理的人员划分，规划出合理生产工序，而且能够时刻监测贵重设备的位置，有效的避免了贵重设备的流失，本专利技术对我国列车制造业迈向智能化生产、可视化监测具有重大意义，符合现代铁路生产智能化的发展方向。附图说明图1是本专利技术的组成结构示意图。图2是标签信息采集流程图。图3是改进DV-Hop算法流程图。图4是LoRa网络拓扑结构图。图5是OTAA入网机制流程图。图6是数据传输流程图。图7是本专利技术的工作方法流程示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行进一步地描述。图1是终端结构图。信息采集模块通过RFID电子标签采集位各个工位的人员、设备信息。每个信息采集模块可以检测多个RFID电子标签的信息。RFID读写器接收UHFRFID电子标签传输的数据进行处理融合，通过改进的DV-Hop算法对人员设备进行定位。再利用由LORA模块和传输微控单元组成的无线传输模块将信息反馈到终端智能显示模块中，供工作人员通过监测、查询、决策、操作等操作进行具体处理。图2是标签信息采集流程图。本专利技术通过工作人员随身携带别便携式设备获将UHFRFID电子标签贴在设备上完成对人员、设备定位。通过在固定工位设立定位模块，读取UHFRFID电子标签获取人员、设备信息。定位模块每两秒采集工作一次，如果没有标签数据，继续等待。如果采集到标签数据，会对标签进行识别。如发现错误，丢弃，如果正确则提取标签内的信息，加入台位信息，加入帧头，构成一个完整的帧。然后发送至中继。采集过程完成。图3是改进的DV-Hop算法流程图。经典DV-Hop节点算法的基础思路是先使用距离矢量路由法计算出目标节点的跳数，进而测量出待估节点和锚节点的间距，再利用各个节点坐标的计算方案对待估节点进行定位坐标估计。由于经典DV-Hop算法误差较大，所以本专利技术从跳距方面进行改进，当锚节点第一次计算出平均跳距的时候，计算多个平均跳距本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.机车生产车间室内人员和设备无线定位系统，其特征在于：包括信息采集模块、定位模块、无线传输模块和智能显示模块；所述的信息采集模块依次与定位模块、无线传输模块和智能显示模块双向连接；所述的信息采集模块包括采集微控单元和射频模块，用于对人员以及设备定位跟踪的数据采集；所述的采集微控单元与射频模块连接，所述的射频模块采用CC1110射频芯片；所述的采集微控单元对射频模块进行控制，处理RFID读写器发送的无线电载波信号；所述的定位模块包括RFID读写器、定位LoRa模块和定位微控单元，所述的定位微控单元分别与RFID读写器和定位LoRa模块连接；RFID读写器使用一种改进的DV‑Hop算法，改进的DV‑Hop算法通过计算多个平均跳距的适应度，选取最优的平均跳距，再对最优的平均跳距进行多次迭代，从而寻找出最终的最优跳距，缩短最优跳距误差，将人员和设备的位置信息误差缩短至0.8m；所述的定位LoRa模块负责与无线传输模块的LoRa模块通信，传输采集到的人员设备信息：所述的定位微控单元负责处理RFID读写器读取到的RFID电子标签信息，并对数据进行处理，使用改进算法定位人员设备位置；所述的RFID读写器负责读取RFID电子标签携带的人员设备信息，并对数据进行解调解码，将RFID电子标签携带的信息传送到定位微控单元；所述的无线传输模块包括LoRa无线模块和传输微控单元，无线传输模块负责定位模块与智能显示模块间的数据传输；所述的无线传输模块采用LoRAWAN协议的OTAA入网机制实现定位模块的自动入网；所述的智能显示模块包括智能终端、大屏幕和移动终端，通过建立准确的人员设备状态判定算法和友好的人机界面实现厂区人员及设备的跟踪和管理。...

【技术特征摘要】
1.机车生产车间室内人员和设备无线定位系统，其特征在于：包括信息采集模块、定位模块、无线传输模块和智能显示模块；所述的信息采集模块依次与定位模块、无线传输模块和智能显示模块双向连接；所述的信息采集模块包括采集微控单元和射频模块，用于对人员以及设备定位跟踪的数据采集；所述的采集微控单元与射频模块连接，所述的射频模块采用CC1110射频芯片；所述的采集微控单元对射频模块进行控制，处理RFID读写器发送的无线电载波信号；所述的定位模块包括RFID读写器、定位LoRa模块和定位微控单元，所述的定位微控单元分别与RFID读写器和定位LoRa模块连接；RFID读写器使用一种改进的DV-Hop算法，改进的DV-Hop算法通过计算多个平均跳距的适应度，选取最优的平均跳距，再对最优的平均跳距进行多次迭代，从而寻找出最终的最优跳距，缩短最优跳距误差，将人员和设备的位置信息误差缩短至0.8m；所述的定位LoRa模块负责与无线传输模块的LoRa模块通信，传输采集到的人员设备信息：所述的定位微控单元负责处理RFID读写器读取到的RFID电子标签信息，并对数据进行处理，使用改进算法定位人员设备位置；所述的RFID读写器负责读取RFID电子标签携带的人员设备信息，并对数据进行解调解码，将RFID电子标签携带的信息传送到定位微控单元；所述的无线传输模块包括LoRa无线模块和传输微控单元，无线传输模块负责定位模块与智能显示模块间的数据传输；所述的无线传输模块采用LoRAWAN协议的OTAA入网机制实现定位模块的自动入网；所述的智能显示...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈少华，吕庚辰，李修竹，郑焱方，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21