一种基于UWB多功能定位标签装置的制作方法

一种基于uwb多功能定位标签装置
技术领域
1.本实用新型涉及一种基于uwb多功能定位标签装置，涉及工业互联网 安全生产领域，具体涉及一种在工厂安全生产和智能调度过程中实时定位人员行动轨迹和保障工人无线语音通信的装置。


背景技术：

2.随着人们的安全意识的不断提升，以工厂生产为代表的高危职业，安全问题一直是企业生产过程中首要难点和痛点，国家对企业安全生产监管越来越严。安全生产是实现工业高质量发展的根本保障，而生产调度是实现智能工厂的重要环节。目前大多数传统生产工厂依旧采取手持对讲机或肩带对讲机的方式实现工人之间的语音对讲，对于人员轨迹跟踪、危险区域预警、电子考勤等智能化调度相对落后。为解决这一难题，许多工厂引入依据物联网技能和室内定位技能的工厂生产人员定位体系，以满足人员位置跟踪需求。现有技术如gps定位、蓝牙定位或rfid定位等，定位精度低(一般在3～5米)，而我们的定位技术可实现
±
10厘米级定位。
3.为克服现有技术不足，本发明的目的在于提供一种提高生产效率、提升危险作业预警、降低生产能耗、节约生产成本低的工厂智能对讲调度和室内人员定位装置。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于uwb多功能定位标签装置，涉及智能语音调度和室内人员定位装置，其能够实时和中央调度台联系合理安排人员分工，并跟踪人员行动轨迹，可划分电子围栏，对在危险区域边界作业或擅自闯入非法区域及时做出动态预警和报警。
5.为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
6.一种基于uwb多功能定位标签装置，包括电源模块、中央控制单元、电池电压检测模块、人体特征检测模块、ptt按键和耳机座、uwb无线通信模块、声音报警模块、震动报警模块、对讲模块、加密模块、定位基站、定位平台组成；中央控制单元与电源模块连接，中央控制单元与uwb无线通信模块连接，可双向通信；中央控制单元与对讲模块连接，中央控制单元分别与声音报警模块和震动报警模块连接，中央控制单元与人体特征检测模块连接，中央控制单元与电池电压检测模块连接，中央控制单元与加密模块连接，中央控制单元与ptt按键和耳机座连接，电池电压检测模块与电源模块连接。
7.本实用新型是这样工作：
8.本实用新型安装于工人施工作业时所佩戴的安全帽上，装置上带有ptt按键和对讲耳机插孔。本实用新型会外挂一人体特征检测模块，该模块将放置在工人下巴或耳垂处，实时监测人体的温度、心率和血氧，并将体征参数实时通过uwb信号传输至定位基站，定位基站再将有效数据转发至定位平台，平台根据实时数据进行分析获取有价值消息。当工人携带标签靠近设定的危险区域时，平台会下发一告警消息，标签收到告警消息后会触发声
音报警和震动报警。
9.本实用新型与背景技术相比，具有如下优点：
10.1、本实用新型具有数据加密功能可有效保护用户传输数据消息，抗干扰能力强，传输距离远等特点。
11.2、本实用新型采用uwb超宽带室内定位技术，具有低功耗、对信道衰落(如多径、非视距等信道)不敏感、抗干扰能力强、不会对同一环境下的其他设备产生干扰、穿透性较强，具有很高的定位准确度和定位精度。
12.3、本实用新型可实时监测工人工作状态时心率、体温、血氧等生命体征参数，用于实时跟踪工人健康状态，提高企业人文关怀。
13.4、本实用新型采用先进的低功耗控制理念，分时隙控制模块工作，能够有效提升定位标签的电池使用时间，还有效降低uwb空中信号的碰撞概率，提升人员定位成功率。
附图说明
14.图1是本实用新型一种基于uwb多功能定位标签装置结构图。
15.图2是本实用新型人体特征检测模块内部结构示意图。
具体实施方式
16.一种基于uwb多功能定位标签装置，图1是本实用新型一种基于uwb多功能定位标签装置结构图，包括电源模块105、中央控制单元100、电池电压检测模块107、人体特征检测模块106、ptt按键和耳机座108、uwb无线通信模块101、声音报警模块103、震动报警模块104、对讲模块102、加密模块109、定位基站200、定位平台201组成；中央控制单元100与电源模块105连接，中央控制单元100与uwb无线通信模块101连接，可双向通信；中央控制单元100与对讲模块102连接，中央控制单元100分别与声音报警模块103和震动报警模块104连接，中央控制单元100与人体特征检测模块106连接，中央控制单元100与电池电压检测模块107连接，中央控制单元100与加密模块109连接，中央控制单元100与ptt按键和耳机座108连接，电池电压检测模块107与电源模块105连接。
17.如图1，所述的uwb无线通信模块101，采用decawave公司的dw1000芯片，主要是利用超宽带信号实现厘米级定位，集成功率放大器、低噪放等功能。超宽带技术是一种全新的通信技术，它不需要传统的通信体制中的载波，而是通过极窄脉冲来传输数据。超宽带系统与传统的窄带系统相比，具有穿透力强、功耗低、对信道衰落(如多径、非视距等信道)不敏感，抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。
18.如图1，所述的电源模块105主要涉及到电池部分的充放电，防止电池在使用过程中出现过充或过放，从而缩短电池使用寿命。另外目前常用的锂电池满电电压一般在4.2v左右，不可直接加载到控制板上，容易烧毁核心器件，因此即需要将锂电池电压转换成板载可使用电压，还要最大限度的提升电池的使用效率。
19.如图1，所述的中央控制单元100是控制整个装置的核心单元，型号stm32l151c8t6，主要控制整个板载业务功能的正常运行。
20.如图1，所述的电池电压检测模块107，主要用于检测电池电压，当电池电压低于某一阈值时立即上报至平台，发出告警消息，提醒工作人员及时进行充电。
21.如图1，所述的对讲模块102，型号sr_frs_1wu，采用香港尚瑞斯sr_frs_1wu对讲模块，主要是实现工厂人员的智能调度以及工人之间的相互语音通信。对讲模块102集成数字对讲和模拟对讲两种制式，可支持模拟语音消息、数字语音消息传输和文本消息传输，最大限度降低工厂嘈杂环境对对讲的影响，提升音质，可与市面上大多是对讲机进行语音消息交互和文本消息传输。可方便在用户现有对讲系统中集成。对讲模块具有数据加密功能可有效保护用户传输数据消息，抗干扰能力强，传输距离远等特点。
22.如图1，所述的声音报警模块103和震动报警模块104，工人携带本实用新型靠近危险区域时，定位平台会通过uwb下发一告警消息，本实用新型收到告警消息后会触发声音报警和震动报警。
23.如图1，所述的电源模块105，为了提升定位标签电池的工作时长，采用先进的tdma分时隙控制方式，只有在模块工作器件电池才供电，其他时间电池只输出10ua的电流，可有效提升电池的工作时间，同时也降低uwb空中信号的碰撞概率，提升人员定位精度和单位空间内定位人员密度。
24.如图1，所述的定位基站200，用来接收和发送uwb无线通信模块101及定位平台200发来的信息。
25.如图1，所述的定位平台201，用来存储本实用新型的数据，同时通过定位基站200向本实用新型发送报警信息。
26.如图1，所述的加密模块109，用来对数据进行加密处理。
27.如图1，所述的ptt按键和耳机座108，通过ppt按键进行功能设置，耳机可接收语音信息。
28.图2是本实用新型人体特征检测模块内部结构示意图，包括：光抑制低噪声电子电路300、红光led301、红外光led302、光电检测器303、电源模块105、i2c输出304；光抑制低噪声电子电路300与红光led301、红外光led302连接，红光led301、红外光led302与光电检测器303连接，光电检测器303与电源模块105、i2c输出304连接。
29.如图2，所述的i2c输出304与图1中的中央控制单元100连接。
30.如图2，所述的光抑制低噪声电子电路300采用maxim公司的max30102芯片，主要用于检测工厂工人的体温、心率、血氧等生命体征，实时监测工人的体征特征，一旦某个员工身体健康出现问题，通过定位基站将体征特征信息传送给定位平台，定位平台上会实时显示并向本实用新型发出预警，告知员工应注意休息。该系统采用分光度法。max30102是一个集成的脉搏血氧仪和生物监测仪模块，它集成了一个红光led和一个红外光led、光电检测器、以及带环境光抑制的低噪声电子电路。
31.本实用新型的工作原理：
32.一种基于uwb多功能定位标签装置，包括电源模块105、中央控制单元100、电池电压检测模块107、人体特征检测模块106、ptt按键和耳机座108、uwb无线通信模块101、声音报警模块103、震动报警模块104、对讲模块102、加密模块109、定位基站200、定位平台201组成；中央控制单元100与电源模块105连接，中央控制单元100与uwb无线通信模块101连接，可双向通信；中央控制单元100与对讲模块102连接，中央控制单元100分别与声音报警模块103和震动报警模块104连接，中央控制单元100与人体特征检测模块106连接，中央控制单元100与电池电压检测模块107连接，中央控制单元100与加密模块109连接，中央控制单元
100与ptt按键和耳机座108连接，电池电压检测模块107与电源模块105连接。
33.本实用新型安装于工人施工作业时所佩戴的安全帽上，装置上带有ptt按键和对讲耳机插孔。本实用新型会外挂一人体特征检测模块，该模块将放置在工人下巴或耳垂处，实时监测人体的温度、心率和血氧，并将体征参数实时通过uwb信号传输至定位基站，定位基站再将有效数据转发至定位平台，平台根据实时数据进行分析获取有价值消息。当工人携带标签靠近设定的危险区域时，平台会下发一告警消息，标签收到告警消息后会触发声音报警和震动报警。
34.当调度中控室要进行人员调度时或工人之间进行语音通信时，工人需按下装置上的ptt按键进行语音对讲。与此同时，在同一频段上的所有携带此装置的工人都可听到该语音消息。
35.工人在携带该装置时，无需任何操作，本实用新型都会通过uwb超宽带传输一极窄脉冲数据，提前部署在屋顶的定位基站收到本实用新型发送请求数据后，会及时反馈一应答信号，实用新型收到基站的应答信号后将发送请求的时间节点和接收基站应答的时间节点发送至定位基站，定位基站将时间戳上传至定位解算平台，解算平台根据窄带信号在空中的飞行时间确定标签和基站之间的通信距离。
36.本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本技术相同或相似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。