一种基于UWB技术和LoRa技术的叉车防撞智能报警系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于UWB和LoRa技术的叉车防撞智能报警系统，包括叉车模块、标签模块、数据中心。叉车模块放置在叉车上，标签佩戴在地面人员身上。数据中心在仓库监管中心。标签模块发送UWB信号给叉车模块，叉车模块根据TOF测距算法计算出标签模块与叉车模块之间的距离，把这个距离值和设定的安全距离值进行比较，当距离小于安全距离时发出警报，提示叉车驾驶员和佩戴标签的地面人员，从而达到防撞预警。叉车模块还将数据打包后通过LoRa无线通信发送到数据中心，方便仓库监管中心记录数据和实时了解仓库内动态。

An intelligent warning system for forklift truck collision avoidance based on UWB technology and LoRa Technology

The utility model discloses a forklift truck collision avoidance intelligent alarm system based on UWB and LoRa technology, which comprises a forklift truck module, a tag module and a data center. The forklift truck module is placed on the forklift truck and the labels are put on the ground personnel. The data center is in the warehouse supervision center. The tag module sends the UWB signal to the forklift module. The forklift module calculates the distance between the label module and the forklift module according to the TOF range finding algorithm, compares the distance value with the set safety distance value, and sends an alarm when the distance is less than the safe distance, prompting the driver of the forklift and the ground personnel wearing the label. To achieve collision warning warning. The forklift module also packages data and sends it to the data center through LoRa wireless communication, which facilitates the warehouse monitoring center to record data and real-time understand the dynamics in the warehouse.

【技术实现步骤摘要】
一种基于UWB技术和LoRa技术的叉车防撞智能报警系统
本专利技术属于无线通信、物联网领域，具体涉及一种基于UWB技术和LoRa技术的叉车防撞智能报警系统。
技术介绍
美国每年叉车事故引起的损失高达37亿美元，会造成20000次重伤及100次死亡。由于财产损坏，企业运营打乱及工人赔偿要求，这类事故还会给公司带来数百万的损失。每家公司叉车事故的平均损失为18.4万美元，包括医疗费用，生产力损失，律师费和OSHA合规成本。专利201510685892.8公开了《一种基于UWB的叉车防碰撞系统和方法》，其利用UWB技术设计的叉车防碰撞系统包括两个子系统模块一个是叉车模块，一个是仓库模块。叉车模块放置在叉车中，仓库模块放置在仓库中，仓库模块。该系统利用仓库模块测量数据通过无线方式传输给叉车模块，完成报警。但系统庞大，耗电量大，就叉车系统而言需要通过叉车蓄电池供电，这会对叉车的正常使用造成不便。必须加入仓库模块才能实现定位报警功能，增加成本，系统繁杂。在仓库固定服务器与车载电脑之间采用802.11b的无线通信协议（又称WI-FI标准）不适用于大型仓库中的远距离传输，该通信协议还容易与室内WIFI，蓝牙等互相干扰，造成信号不稳定，甚至是信号丢失。对于不同的环境和不同的叉车司机来说，报警的安全距离应该是有所不同的，该系统的安全距离不可调是一大弊端。随着物联网技术的发展，现在在短距离无线通信领域的发展日新月异，近年来大热的物联网短距离通信技术有Zigbee，802.11，IrDa等，这些短距离无线通信都只是属于低功耗的无线个域网，不适合在大型仓库和叉车这种移动设备上使用。美国Semtech公司推出的LoRa技术是一种低功耗超远距离LPWAN技术，非常适合开发大型仓库内的物联网开发。LaRa技术打破了以往在功耗和传输距离上的矛盾，同时做到了远距离和低功耗。在室内定位领域尤其在复杂的室内环境，如机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场、矿井等环境中，常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位置信息。但是受定位时间、定位精度以及复杂室内环境等条件的限制。因此，专家学者提出了许多室内定位技术解决方案，如A-GPS定位技术、超声波定位技术、蓝牙技术、红外线技术、射频识别技术、超宽带技术、无线局域网络、光跟踪定位技术，以及图像分析、信标定位、计算机视觉定位技术等等。超宽带定位技术凭借其抗干扰能力强，宽带宽，低功耗，穿透力强等特点在室内定位领域得到广泛运用。超宽带技术（UltraWideband，UWB）是近年来新兴一项全新的、与传统通信技术有极大差异的通信无线新技术。它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有3.1-10.6GHz量级的带宽。目前，包括美国，日本，加拿大等在内的国家都在研究这项技术，在无线室内定位领域具有良好的前景。UWB技术是一种传输速率高（最高可达1000Mbps以上），发射功率较低，穿透能力较强并且是基于极窄脉冲的无线技术，无载波。正是这些优点，使它在室内定位领域得到了较为精确的结果。UWB超宽带技术通过双曲线交叉来定位的超宽带系统包括产生、发射、接收、处理极窄脉冲信号的无线电系统。目前基于UWB技术的测距原理主要采用双向飞行时间测距法，双向飞行时间法（TW-TOF,twoway-timeofflight）每个模块从启动开始即会生成一条独立的时间戳。模块A的发射机在其时间戳上的Ta1发射请求性质的脉冲信号，模块B在Tb2时刻发射一个响应性质的信号，被模块A在自己的时间戳Ta2时刻接收。由此可以计算出脉冲信号在两个模块之间的飞行时间，从而确定飞行距离S。S=Cx[(Ta2-Ta1)-(Tb2-Tb1)]/2(C为光速)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种仓库内叉车靠近时的智能报警系统，解决了仓库之中叉车驾驶员因驾驶视野问题以及驾驶员人文因素导致叉车撞人，叉车撞货及叉车互撞问题，可以有效减少在仓库内叉车撞人事故和叉车间的碰撞事故的发生。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于UWB技术和LoRa技术的叉车防撞智能报警系统，包括放置在叉车上的叉车模块、放置在工作人员安全帽或者工作服上面的标签模块和后方的数据中心；标签模块利用UWB传感器发送UWB信号给叉车模块，当叉车模块接收到标签模块的信号后，利用双向飞行时间测距法计算出两者之间的距离值，将这个距离值和设定的安全值进行比较，然后判断是否小于安全距离，小于安全距离则通过LED灯和喇叭提醒操作人员；同时叉车模块还可以将数据通过LoRa芯片发送到后方的数据中心。所述叉车模块包括第一UWB传感器、第一报警模块、第一LoRa模块和叉车MCU，所述叉车MCU包括第一SPI接口模块、第一DMA模块、第一数据处理模块、串行接口和第一数据存储模块，第一SPI接口模块分别与第一UWB传感器和第一DMA模块连接，第一数据处理模块分别与第一报警模块和第一数据处理模块连接，串行接口分别与第一LoRa模块和第一数据处理模块连接，数第一据处理模块再与第一DMA模块连接。叉车模块接收到标签模块的UWB信号后，通过第一SPI接口模块将信号数据传入第一DMA模块，通过第一DMA模块直接访问第一数据存储器模块存储接收到的数据，再通过第一数据处理模块计算出标签模块与叉车模块的距离，并判断出距离值是否小于储存在存储器里面的安全距离值,并判断是否通过第一报警模块执行报警，然后将计算出的数据出入第一数据存储器模块储存；存在第一数据存储器里面的距离值数据通过串行接口发送到第一LoRa模块，第一LoRa模块将串行接口过来的数据通过无线电波发送到后方的数据中心；第一LoRa模块发送的数据包包括该条消息的时间、模块标识符、ID地址、标签模块到叉车模块的距离和校验码；同时通过第一UWB传感器将反馈信号发送给标签模块，反馈信号则是两者之间的距离值。所述第一报警模块采用发声元件和发光元件。所述发声元件采用喇叭，发光元件采用LED。所述标签模块包括第二UWB传感器、第二报警模块和标签MCU，所述标签MCU包括第二SPI接口模块、第二DMA模块、第二数据处理模块和第二数据存储模块，第二SPI接口模块分别与第二UWB传感器和第二DMA模块连接，第二数据存储模块分别与第二DMA模块和第二数据处理模块连接，第二数据处理模块再与第二报警模块连接；标签MCU控制第二UWB传感器每秒发送3次UWB信号，所述UWB信号以数据包的形式发送出去，每条数据包包括该条消息发送的时间戳、模块标识符、ID和校验码，同时接收来自叉车模块的反馈信号，当接收到反馈信号后将数据通过第二SPI接口传入第二DMA模块,通过第二DMA模块将数据存入第二数据存储模块，第二数据处理模块根据反馈的数据判断是否进行通过第二报警模块进行报警处理。所述第二报警模块采用发声元件和发光元件。所述发声元件采用喇叭，发光元件采用LED。所述数据中心包括第二LoRa模块、MCU和上位机，MCU分别与第二LoRa模块和上位机连接；通过第二LoRa模块接收叉车模块发过来的数据包，然后通过MCU处理，并将处理后的数据发送到上位机，上位机实时查看两者之间的距离。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：（1）本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于UWB技术和LoRa技术的叉车防撞智能报警系统，其特征在于：包括放置在叉车上的叉车模块、放置在工作人员安全帽或者工作服上面的标签模块和后方的数据中心；标签模块利用UWB传感器发送UWB信号给叉车模块，当叉车模块接收到标签模块的信号后，利用双向飞行时间测距法计算出两者之间的距离值，将这个距离值和设定的安全值进行比较，然后判断是否小于安全距离，小于安全距离则通过LED灯和喇叭提醒操作人员；同时叉车模块还可以将数据通过LoRa芯片发送到后方的数据中心。

【技术特征摘要】
1.一种基于UWB技术和LoRa技术的叉车防撞智能报警系统，其特征在于：包括放置在叉车上的叉车模块、放置在工作人员安全帽或者工作服上面的标签模块和后方的数据中心；标签模块利用UWB传感器发送UWB信号给叉车模块，当叉车模块接收到标签模块的信号后，利用双向飞行时间测距法计算出两者之间的距离值，将这个距离值和设定的安全值进行比较，然后判断是否小于安全距离，小于安全距离则通过LED灯和喇叭提醒操作人员；同时叉车模块还可以将数据通过LoRa芯片发送到后方的数据中心。2.根据权利要求1所述的基于UWB技术和LoRa技术的叉车防撞智能报警系统，其特征在于：所述叉车模块包括第一UWB传感器、第一报警模块、第一LoRa模块和叉车MCU，所述叉车MCU包括第一SPI接口模块、第一DMA模块、第一数据处理模块、串行接口和第一数据存储模块，第一SPI接口模块分别与第一UWB传感器和第一DMA模块连接，第一数据处理模块分别与第一报警模块和第一数据处理模块连接，串行接口分别与第一LoRa模块和第一数据处理模块连接，数第一据处理模块再与第一DMA模块连接；叉车模块接收到标签模块的UWB信号后，通过第一SPI接口模块将信号数据传入第一DMA模块，通过第一DMA模块直接访问第一数据存储器模块存储接收到的数据，再通过第一数据处理模块计算出标签模块与叉车模块的距离，并判断出距离值是否小于储存在存储器里面的安全距离值,并判断是否通过第一报警模块执行报警，然后将计算出的数据出入第一数据存储器模块储存；存在第一数据存储器里面的距离值数据通过串行接口发送到第一LoRa模块，第一LoRa模块将串行接口过来的数据通过无线电波发送到后方的数据中心；第一LoRa模块发送的数据包包括该条消息的时间、模块标识符、ID地址、标签模块到叉车模块的距离和校验码；同时通过第一UWB传感器将反馈信号发送给标签模块，反馈信号则是两者之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：周同，丁垒，胡亚山，冯卫东，张维，张明生，常宏，姚骥，徐小成，鲍宸民，苏岩，
申请(专利权)人：国网江苏省电力公司泰州供电公司，南京理工大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32