CN201278023Y

CN201278023Y - 一种基于Zigbee的多功能定位搜救系统

Info

Publication number: CN201278023Y
Application number: CNU2008201619517U
Authority: CN
Inventors: 孙翔; 沈明霞; 钟常涛; 葛萍萍; 高东雷; 刘玉洁; 马军科
Original assignee: Nanjing Agricultural University
Current assignee: Nanjing Agricultural University
Priority date: 2008-10-24
Filing date: 2008-10-24
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2018-10-24

Abstract

本实用新型提供一种基于Zigbee的多功能定位搜救系统，包括定位标签模块(A)、固定节点模块(B)、多功能灾害现场指挥站(C)、多功能嵌入式救援终端模块(D)，所述定位标签模块(A)的输入输出与固定节点模块(B)、多功能灾害现场指挥站(C)对应的输入输出双向无线连接，所述固定节点模块(B)的输入输出与多功能灾害现场指挥站(C)对应的输入输出双向无线连接，所述多功能灾害现场指挥站(C)的输入输出与多功能嵌入式救援终端模块(D)对应的输入输出双向无线连接。本实用新型可应用于多种高危险的不同场合，在安全事故发生时，对移动的救援目标进行无线定位，能及时锁定救援目标的位置信息，大大提高搜救工作效率。

Description

一种基于Zigbee的多功能定位搜救系统

技术领域

本实用新型涉及定位监控系统，具体地讲是一种适用于多种救援场合的基于Zigbee的多功能的定位搜救系统。

背景技术

滑雪场通常为安全事故多发场所，其中中国的滑雪场发展历史短暂，发展势头迅猛，在安全保障方面缺少硬件和软件方面的建设，有的小型滑雪场甚至不舍得、不愿意在这方面进行投入，抱着一种侥幸的心理。近些年来，滑雪场安全事件时有发生。建立统一的、具有强制性的滑雪场安全设施标准，是我国滑雪业的当务之急。在滑雪场安全设施标准的制定实施方面，我国尚属于空白。

另外，我国小型船舶是水上交通事故的主体。目前，相关部门正在研究利用手机定位技术为这些船舶提供险情救援。

下边将国内几大通信运营商的定位技术进行比较：

(1).中国电信小灵通定位技术

中国电信小灵通iGMLC定位是UT斯达康公司基于移动增值服务开发的。系统可通3G或PHS(personalhandsetsystem个人无线市话系统)获取移动终端用户的经纬度信息，在GIS(GeographicalInformationSystem)支持下，为用户提供基于位置的信息服务。

主要特点：在查询软件输入小灵通号，就能定出其相对位置。不需要小灵通终端具有什么特殊功能。

缺点：受小灵通基站覆盖距离的影响，沿海很多地方，小灵通信号较弱，影响小灵通用户通话质量和定位准确性。

(2).中国联通线路巡检系统

主要特点：该系统局限于手机并且该手机必须具有手机定位功能在联通网站上下载应用程序后才能实施即时定位、轨迹查询等功能定位相对准确。

缺点：一是手机终端受限制，二是沿海CDMA基站覆盖距离偏小。CDMA在渤海海域覆盖效果不错。

(3).中国移动采用的定位技术

目前，中国移动采用CELL-ID+TA定位技术：CELL-ID是根据手机所处的服务小区的标识来对手机进行定位。GSM0371规定的Cell-ID方案可获取Cell-ID和时间提前量TA值。CELL-ID+TA根据Cell-ID和TA值提高定位精确度的方式。

特性：

①、开放的标准

②、手机终端不需要增加专门的定位功能

③、网络侧投资很小，不需要专门的定位测量

④、定位响应时间快，一般＜3s。

⑤、CELL-ID和TA结合定位，定位精度优于传统的CELL-ID方式。

综上所述，我国在不同场合的搜救系统还存在以下技术问题：

①、无线通信定位技术对沿海小型船舶水上险情的救助有较大的现实意义。但受基站覆盖、采用的技术平台，电子海图，特别是三大营运商间技术壁垒等的影响，定位精度还需要进一步改进和提高。

②、水上娱乐场馆严重缺乏对在馆人员进行安全监控与救援的硬件系统。我国水上娱乐场馆的安全监控系统目前仍比较缺乏，这是影响水上娱乐场馆安全系数的一个重要原因。

③、煤矿安全事故频繁发生，井下矿工安全和环境监控设备仍然是制约我国煤炭产业发展的瓶颈。

下边列举了几个与本案功能相关的专利：

1、名称：利用短信和GPS智能终端进行定位控制的系统及方法、申请号：200710124851.7；

2、名称：多功能无线电实时定位跟踪系统、申请号：93109667.7；

3、名称：井下人员智能定位安全管理系统

申请(专利)号：01122258.1

发明内容

本实用新型旨在提供一种可应用于不同高危险的多种场合，在安全事故发生时，对移动的救援目标进行无线定位，能及时锁定救援目标的位置信息，大大提高搜救工作效率的多功能灾害人员定位救援系统。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种基于Zigbee的多功能定位搜救系统，其特征在于，包括有定位标签模块A、固定节点模块B、多功能灾害现场指挥站C、多功能嵌入式救援终端模块D，其中所述定位标签模块A的输入输出与固定节点模块B、多功能灾害现场指挥站C对应的输入输出双向无线连接，所述固定节点模块B的输入输出与多功能灾害现场指挥站C对应的输入输出双向无线连接，所述多功能灾害现场指挥站C的输入输出与多功能嵌入式救援终端模块D对应的输入输出双向无线连接。

其中，所述定位标签模块A由CC2431集成电路2组成，该集成电路的输入输出作为定位标签模块A的输入输出与固定节点模块B、多功能灾害现场指挥站C双向无线连接；

所述定位标签模块A还包括传感器电路1，传感器电路1的输入作为定位标签模块A的输入，传感器电路1的输出与所述CC2431集成电路2的输入相连；该系统还可以包括多个定位标签模块A；

所述固定节点模块B包括至少四个独立的固定节点E，每个固定节点的输入输出作为固定节点模块B的输入输出与所述定位标签模块A、多功能灾害现场指挥站C双向无线连接；

所述固定节点E包括传感器电路3、CC2430集成电路4，其中传感器电路3的输入作为固定节点E的输入，传感器电路3的输出与CC2430集成电路4的输入相连，CC2430集成电路4的输入输出作为固定节点E的另一输入输出与所述定位标签模块A、多功能灾害现场指挥站C双向无线连接；

所述多功能灾害现场指挥站C包括上位机7、CC2430集成电路5、MAX集成电路6，CC2430集成电路5的输入输出作为多功能灾害现场指挥站C的输入输出与定位标签模块A、固定节点模块B、多功能嵌入式救援终端模块D双向无线连接，其中CC2430集成电路5与MAX集成电路6双向连接，MAX集成电路6与上位机7的串口双向连接，上位机7完成数据的处理，所述数据又通过MAX集成电路6转换后发送至将CC2430集成电路5；

所述的多功能嵌入式救援终端模块D包括ARM9集成电路10、CC2430集成电路8、MAX集成电路9、触摸屏电路11，其中所述CC2430集成电路8的输入输出作为多功能嵌入式救援终端模块D的输入输出与多功能灾害现场指挥站C双向连接，CC2430集成电路8与MAX集成电路9双向连接，MAX集成电路9与ARM9集成电路10双向连接，ARM9集成电路10的输出与触摸屏电路11的输入相连。

本实用新型的有益效果如下：

1、本系统在紧急状况下现场自组网络，因而可用于多种场合的救援行动。如滑雪场人员定位搜救、野外勘探遇险搜救、水上娱乐场馆人员的安全监控与救援等。

2、本系统布网节点灵巧，功率小，工作时间长，适合快速部署系统，随时随地展开工作。因此，不存在侵犯公民隐私权的问题。

3、与现有的几种定位搜救系统(如移动基站定位、联通CDMA定位)相比，本系统实现简单，价格低廉。具备推广应用价值。

4、本系统可降低救援行动的盲目性，增加救援行动的效率，减少人员和财产损失。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构总体框图。

图2为本实用新型的系统结构具体的结构框图。

图3为固定节点与定位标签(移动节点)之间的关系图。

具体实施方式

下边结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明：

如图1、图2所示，本系统主要包括以下四个模块：

1.定位标签模块A(移动节点)

定位标签模块A硬件上采用了CC2431集成电路2(TI公司的CC2431、ADS7818P芯片搭建而成)、传感器电路1(TC77的温湿度传感器)，CC2431包含CC2430的全部功能，即除了包括RF收发器外，还集成了加强型8051MCU、128KB的Flash内存、8KB的RAM、以及ADC等。CC2430可工作在2.4GHz频段，采用低电压(2.0～3.6V)供电且功耗很低(接收数据时为27mA，发送数据时为25mA)。ADS7818P将传感器电路所收集到的生命模拟信号经过AD转换后，送到CC2430进行处理，并将数据传输回多功能灾害现场指挥站。

软件上采用了TI的Z-Stack协议栈，实现了标准Zigbee的功能，CC2431基于RSSI(Received Signal Strength Indicator)的定位引擎可根据接收信号强度与固定节点模块B中各节点的位置数据进行交换计算，准确计算出自身节点位置，然后将位置信息发送给多功能灾害现场救援指挥站C。

2、固定节点模块B(自组网络)

固定节点模块B由至少四个固定节点E组成，固定节点E又由CC2430集成电路4、温湿度传感器电路3(TC77的温湿度传感器)组成，各固定节点分布形成一矩形区域，移动节点A位于该区域范围内，固定节点的数目越多，移动节点A计算出的自身位置数据越精确。

固定节点模块即自组网络采用了基于IEEE802.15.0标准的短距离、低速率无线网络技术ZigBee。ZigBee标准是基于802.15.4协议栈而建立的，它具备了强大的设备联网功能，并支持三种主要的自组织无线网络类型，即星型结构、网状结构(Mesh)和簇状结构(Cluster tree)，其中网状结构具有很强的网络健壮性和系统可靠性。构建自组网络的CC2430芯片搭载了TC77的温湿度传感器，使得组建网络的节点可以采集自身周围的温湿度信息。

其特性如下：

(1)、各固定节点在整个定位系统中的作用是提供一个自己的坐标为移动节点A做参考，4个固定节点便能够实现定位，但是固定节点越多定位精度越高。

(2)、定位标签模块A在整个定位系统用于计算自身位置坐标，在网络中也具有路由功能，在加入网络之后，还可以加入多个移动节点。

(3)、CC2430集成电路4构成的协调器能够即时地向多功能嵌入式救援终端D发送地址数据，同时网络扩展板上的指示灯会显示是否正在发送数据，若数据正在发送则指示灯相应闪烁。

(4)、CC2430集成电路4构成的路由能够即时地接收协调器发来的数据，同时网络扩展板上的指示灯也会如协调器上的一样显示是否正常接收数据。

3、多功能嵌入式救援终端D

多功能嵌入式救援D终端包括ARM9集成电路10(采用32位ARM9架构的微处理器S3C2410)、CC2430集成电路8、MAX232集成电路9、触摸屏电路11(采用6.4寸S HARP的彩色触摸屏)，以linux嵌入式操作系统为试验平台，具有实时性、多任务、多线程以及友好的人机界面的功能。实现了硬件系统的小型化、满足救灾中高精度、信息快速采集以及建立数据采集系统底层网络与信息发布上层网络的无缝连接。软件开发采用了QT库，利用C++开发了本嵌入式救援终端的GUI。

4、多功能灾害现场指挥站C，包括下列功能：

(1)、编写了上位机软件，软件能根据不同的地形情况选择载入不同地图，方便于在多种情况的使用，使具有较强的适应性。

(2)、上位机软件可控制串口数据的接受和发送，对所有收到的数据进行处理，从而能直观的显示出来，并可获取节点信息。

(3)、通过由CC2430集成电路5构成的路由接收的节点信息(如节点名称、坐标等)并能在软件界面上显示出来，同时可以选择不同的固定节点并调校其地址。

(4)、软件将记录所有收到的数据，标注数据改变的最终时间和坐标信息并保存到指定文件中。

(5)、通过由CC2430集成电路5构成的协调器和多功能嵌入式救援终端D进行通信，实时交换地址数据。

本实用新型的工作过程如下：

定位标签模块A的位置信息、自组网络B的温湿度信息将通过各自CC2430集成电路构成的网关无线发送至多功能灾害现场指挥站C的CC2430集成电路5构成的另一网关，该网关通过MAX232将各种数据信息传送给多功能灾害现场指挥站C的计算机即上位机的串口，由windows平台VB.NET开发的监测软件进行信息处理，显示定位标签的坐标信息，并在电子地图上直观的显示具体坐标位置以及自组网络传感器所监测的不同地点的温湿度信息。

计算机将处理过的数据通过MAX232传送至另一个CC2430芯片构成的网关，通过该网关将计算机处理过的信息无线传输至多功能嵌入式救援终端D的CC2430集成电路8，同样通过MAX232转换后输入由ARM9(S3C2410芯片)+Linux+QT开发而成的嵌入式移动终端，最后在6.4寸SHARP的彩色触摸屏上显示定位标签位置、坐标以及上位机的指令信息。

下边为一个具体实施例：在可能发生意外的场所每个人员携带定位标签。下面以游泳馆为例说明。

每个游泳馆进入游泳馆的人员均携带定位标签，定位标签可置于泳帽、救生圈内；由于游泳馆场所固定，可预先于监控区域布置网络节点；紧急情况一旦发生，系统发出警示。救援人员可立即展开救援；多功能现场救援指挥站运行上位机指挥软件、专家辅助系统等相关软件；救生员携带嵌入式救援响应终端进入搜寻目标区域内，打开并运行信息显示软件；

自组织网络运行后：发送强行激活命令，保证区域内所有定位标签被激活；定位标签通过与参考节点的通信、计算之后，将自己的位置坐标信息、采集到的生命信息通过参考网络传输，实时显示在多功能嵌入式救援终端以及多功能灾害现场指挥站。定位成功后开始确定救援方案。

Claims

1、一种基于Zigbee的多功能定位搜救系统，其特征在于，包括有定位标签模块(A)、固定节点模块(B)、多功能灾害现场指挥站(C)、多功能嵌入式救援终端模块(D)，其中所述定位标签模块(A)的输入输出与固定节点模块(B)、多功能灾害现场指挥站(C)对应的输入输出双向无线连接，所述固定节点模块(B)的输入输出与多功能灾害现场指挥站(C)对应的输入输出双向无线连接，所述多功能灾害现场指挥站(C)的输入输出与多功能嵌入式救援终端模块(D)对应的输入输出双向无线连接。

2、根据权利要求1所述的基于Zigbee的多功能定位搜救系统，其特征在于，所述定位标签模块(A)由CC2431集成电路(2)组成，该集成电路的输入输出作为定位标签模块(A)的输入输出与固定节点模块(B)、多功能灾害现场指挥站(C)双向无线连接。

3、根据权利要求1所述的基于Zigbee的多功能定位搜救系统，其特征在于，所述定位标签模块(A)还包括传感器电路(1)，传感器电路(1)的输入作为定位标签模块(A)的输入，传感器电路(1)的输出与所述CC2431集成电路(2)的输入相连。

4、根据权利要求1所述的基于Zigbee的多功能定位搜救系统，其特征在于，所述固定节点模块(B)包括至少四个独立的固定节点(E)，每个固定节点的输入输出作为固定节点模块(B)的输入输出与所述定位标签模块(A)、多功能灾害现场指挥站(C)双向无线连接。

5、根据权利要求4所述的基于Zigbee的多功能定位搜救系统，其特征在于，所述固定节点(E)包括传感器电路(3)、CC2430集成电路(4)，其中传感器电路(3)的输入作为固定节点(E)的输入，传感器电路(3)的输出与CC2430集成电路(4)的输入相连，CC2430集成电路(4)的输入输出作为固定节点(E)的另一输入输出与所述定位标签模块(A)、多功能灾害现场指挥站(C)双向无线连接。

6、根据权利要求1所述的基于Zigbee的多功能定位搜救系统，其特征在于，所述多功能灾害现场指挥站(C)包括上位机(7)、CC2430集成电路(5)、MAX集成电路(6)，CC2430集成电路(5)的输入输出作为多功能灾害现场指挥站(C)的输入输出与定位标签模块(A)、固定节点模块(B)、多功能嵌入式救援终端模块(D)双向无线连接，其中CC2430集成电路(5)与MAX集成电路(6)双向连接，MAX集成电路(6)与上位机(7)的串口双向连接，上位机(7)完成数据的处理，所述数据又通过MAX集成电路(6)转换后发送至将CC2430集成电路(5)。

7、根据权利要求1所述的基于Zigbee的多功能定位搜救系统，其特征在于，所述的多功能嵌入式救援终端模块(D)包括ARM9集成电路(10)、CC2430集成电路(8)、MAX集成电路(9)、触摸屏电路(11)，其中所述CC2430集成电路(8)的输入输出作为多功能嵌入式救援终端模块(D)的输入输出与多功能灾害现场指挥站(C)双向连接，CC2430集成电路(8)与MAX集成电路(9)双向连接，MAX集成电路(9)与ARM9集成电路(10)双向连接，ARM9集成电路(10)的输出与触摸屏电路(11)的输入相连。

8、根据权利要求1所述的基于Zigbee的多功能定位搜救系统，其特征在于，该系统还可以包括多个定位标签模块(A)。