一种监控和局部定位的装置

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一种监控和局部定位的装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及无线射频领域，特别涉及一种监控和局部定位的装置。\n背景技术\n[0002] 在人们的日常生活中，无论是乘交通工具出行，闹市区逛街，还是做买卖经商，丢失财物的例子数不胜数。往往丢失的时候不知道，丢失后又无从寻找，造成很大的损失。\n[0003] 针对这一情况，陆续有一些报警器之类的解决方案被提出来，有一些能够设定一些距离限制，当物品出了这个距离之后报警；有一些也能够提供简单的寻找功能，但是由于有各种各样的缺陷，至今没有一款性能优良，实用好用，便于携带，工作时间长的产品问世。\n[0004] 中国专利申请号为200610122281.3公开号为CN1929325的多通道物品防丢寻找器及其防丢与寻找物品的方法和中国专利申请号为200820085021.8公开号为CN201177860的一种物品防丢失装置，两个专利文件中均给出了一种防止物品丢失的方法，该方法是设置一个距离限制，当被监测装置与监测装置之间的距离大于这个限制后发出报警。该方法存在的问题有两个：其一，当设置的距离限制为监测装置与被监测装置通讯的极限距离时，即使超出该距离发出了报警，也会因为监测装置再也接受不到被监测装置的信号而无法再寻找被监测装置；其二，距离限制报警有很强的局限性，比如小偷并不偷走已经装好被监测装置的钱包或者旅行包，而是拿走其中的财物，这种情况被监测装置与监测装置之间的距离没有超出限制，没有报警发生。可见距离超限报警并不实用。两个专利都有一种寻找功能，监测装置发出寻找信号后，被监测装置会发出声音报警。该寻找方法也存在两个问题：其一，嘈杂的环境或者距离过远无法听到被检测装置的报警声音；其二，声音报警的局限性，当被检测装置发出声音报警后，小偷会发现此装置，他可以循着声音将此被检测装置破坏或者拿出来丢弃，那么丢失的物品仍然无法找到，寻找功能失效。可见这种寻找功能也不实用。而且在有多个被监测装置的情况下，无法判断是哪一个被检测装置出了问题。\n[0005] 中国专利申请号为200710186141.7公开号为CN101188035的运动休闲报警装置，该专利中使用了振动传感器监测振动和超声波传感器测量距离。振动传感器对方向性要求很高，这种特性使得被监测装置只能以一定的角度和方位固定在需要保护的物品上，而使用超声波传感器类似于使用红外线传输数据，在数据收发的两端必须相互对准即可以看得见对方才能进行通讯，这对行动通讯可能常常移动位置的情形而言，是非常不利的，而且容易受到下雨、下雪或是雾气的干扰，一旦失去这种角度和方位即会造成功能的失效。该专利中也没有寻找功能，而且受超声波传感器影响，会造成体积大，功耗高的缺点。\n发明内容\n[0006] 本发明的目的在于，为解决上述问题，本发明提出一种监控和局部定位的装置。\n[0007] 为实现上述发明目的，本发明提出一种监控和局部定位的装置，该装置包括：至少一个主设备和至少一个从设备，主设备与从设备之间通过无线进行通讯；其特征在于，[0008] 所述主设备包括：主控制模块、主射频模块和主输出模块；\n[0009] 所述从设备包括：从射频模块、监测模块、从输出模块和从控制模块；\n[0010] 所述监测模块对物品的状态一直进行监测，把监测到的信号传输给所述从控制模块来判断是否向覆盖范围内的主设备发送预警信号，如果符合发送预警信号条件，则所述从射频模块发送预警信号；\n[0011] 所述主控制模块接收预警信号后，根据接收到的信号强度来判断从设备与主设备之间的距离是否小于报警距离，如果是，主设备向从设备发送安全信号，则主设备和从设备均不进行报警；如果不是，主设备不向从设备发送安全信号，则主设备和从设备均进行报警实现监控；或\n[0012] 所述主控制模块接收预警信号后，所述主射频模块向从设备发送回复信号，如果从设备接收到回复信号后判断与主设备之间的距离是否小于报警距离，如果小于再给主设备发送一个确认信号，主设备收到此确认信号，则主设备和从设备均不进行报警，如果从设备没有收到回复信号或从设备收到回复信号后判断其与主设备之间的距离大于等于报警距离，则主设备和从设备均进行报警实现监控；\n[0013] 所述主射频模块向覆盖范围内的从设备发送寻找信号，所述从设备接收到寻找信号后，所述从射频模块向发送寻找信号的主设备持续发送应答信号，所述主设备接收到应答信号后，所述主控制模块一直对应答信号进行信号强度检测，所述主输出模块输出显示检测的应答信号强度，随着方位的变化主设备接收到的应答信号强度发生变化，所述主输出模块的显示对应地发生变化，根据判断所述主输出模块的显示变化来实现对物品的局部定位。\n[0014] 所述监测模块采用传感器。\n[0015] 所述传感器包括：震动开关、滚珠开关、光电传感器、声音传感器、陀螺仪和加速度传感器。\n[0016] 所述主/从输出模块包括：蜂鸣器、振动器、LED灯、液晶屏、喇叭。\n[0017] 所述主/从控制模块采用处理器芯片；所述主/从射频模块采用射频芯片。\n[0018] 所述主控制模块和主射频模块仅采用一个片上系统芯片实现；所述从控制模块和从射频模块仅采用一个片上系统芯片实现。\n[0019] 所述片上系统芯片采用CC2530芯片。\n[0020] 所述主/从射频模块还包括射频前端。\n[0021] 所述射频前端采用CC2591射频前端。\n[0022] 本发明的优点在于，第一是认主功能，实现使用者自己拿自己的物品不报警，其他人拿自己的物品报警；第二是实用的追踪功能，本申请提出的技术方案的局部定位功能能够实现无声无息地接近目标，将小偷抓个措手不及；第三是无线组网功能，本申请可以在覆盖范围内实现多个主设备与多个从设备组成网络；第四是体积小、携带方便，从设备可以做成卡片，主设备可以做成手表或者手镯；第五是低功耗，由于设备只有监测模块一直监视物品状态，在监测模块符合报警条件后或者使用者主动使用局部定位功能后其他模块才工作，剩余时间处于休眠，所以实现了极低的功耗；第六是智能化，体现在监测模块中的传感器的智能化使用和网络的智能化应用；第七是通过采用Zigbee协议下的27个信道、碰撞避免策略以及AES-128加密算法特性能够实现极强的可靠性和安全性。\n附图说明\n[0023] 图1为本发明的一种监控和局部定位的装置结构图；\n[0024] 图2为实施例中该装置有关的电子产品结构图；\n[0025] 图3为基于图2中的电子产品实现监测功能的流程图；\n[0026] 图4为基于图2中的电子产品实现局部定位功能的流程图。\n具体实施方式\n[0027] 下面结合附图和具体实施方式，对本发明的装置进行进一步详细的说明。\n[0028] 如图1所示，图1为本发明的一种监控和局部定位的装置结构图。该装置包括：至少一个主设备和至少一个从设备，主设备与从设备之间通过无线进行通讯。\n[0029] 主设备包括：主控制模块、主射频模块、主输入模块和主输出模块；从设备包括：\n从射频模块、监测模块、从输入模块、从输出模块和从控制模块。\n[0030] 如图2所示，图2为实施例中该装置有关的电子产品结构图。主设备和从设备之间通过无线连接进行通讯。主设备由主设备壳体，电源系统一，Zigbee片上系统芯片一，蜂鸣器一，振动器，天线一，显示系统和输入系统组成；从设备由从设备壳体，电源系统二，加速度传感器，Zigbee片上系统芯片二，蜂鸣器二和天线二组成。\n[0031] 从设备包括加速度传感器部件，当加速度传感器检测到加速度有变化时，发送信号给从设备中的控制中心即Zigbee片上系统芯片，控制中心收到该信号后，经判断符合报警条件，便向主设备报警。通过对加速度传感器采集到的加速度值以及值的变化进行分析，可以分辨出很多动作，比如触碰，移动，翻转，跌落等。正是由于该电子产品采用了加速度传感器对加速度进行检测，从而可以极大的提高产品的灵敏度以及最大程度的防止误报警。\n[0032] 加速度传感器的信号符合报警条件后，从设备以最大功率给主设备发送预警信号。主设备收到此预警信号，以预先设定的发射功率发射回复信号，预先设定可以是主设备的输入系统输入的数值也可以是出厂时的默认数值，一定的发射功率对应着一定的可接收距离，主设备的发射功率越小，从设备只有离主设备越近才能收到信号。所以此预设的主设备发射功率对应着预设的从设备可接收距离。从设备收到此回复信号后再给主设备发送一个确认信号，如果主设备也收到了此确认信号，主设备和从设备都不报警。如果从设备没有收到上述回复信号，从设备不会给主设备发送确认信号，那么主设备肯定收不到确认信号，这种情况，主设备和从设备都发出报警。可见，当加速度传感器的信号符合报警条件后，只有在主设备和从设备之间的距离大于某个预设值时，才会产生报警。电子产品采用这种工作方式，在物品脱离使用者行为上的控制范围后发生意外时实现报警，同时避免使用者去拿自己的物品时也产生报警，可以产生只有使用者自己能够动自己的物品的效果，这种效果正是大家所期盼的。\n[0033] 主设备的输入系统输入寻找命令后，主设备以最大功率发送寻找信号给从设备，如果从设备在主设备发射信号的覆盖范围之内，从设备收到寻找信号后发送应答信号给主设备，主设备收到该应答信号后，根据接收到的应答信号的功率判断主设备和从设备之间的距离，并控制蜂鸣器发声和振动器震动。蜂鸣器的发声频率和振动器的震动频率跟主设备与从设备之间的距离有关。距离越近，频率越高。根据频率的高低可以大致判断从设备和主设备之间的距离。使用者可以用手或物体遮挡主设备上天线的部位，留出一个没有被遮挡的方向。由于手或物体的遮挡对无线信号有衰减，旋转主设备或者身体，比较蜂鸣器发声和振动器震动频率的高低，频率高的时候，没有被遮挡的方向即为从设备的大致方向。然后使用者将主设备向这个方向移动，蜂鸣器发声和振动器震动频率会变高。当高到一定程度，使用者判断从设备就在附近时，在主设备的输入系统中输入现身命令，主设备便向从设备发送现身信号，从设备接收到现身信号后控制蜂鸣器发出高分贝的报警音，此时使用者能够很容易地找到从设备。该技术的使用可以在不惊动小偷的情况下以措手不及的方式找出自己丢失的物品，甚至于确定自己丢失物品方位后暂不惊动小偷，条件允许情况下去寻求警察或者他人的帮助，在有人帮助的情况下再找出自己丢失的物品。而且能够彻底摆脱嘈杂喧闹环境的影响。\n[0034] 从设备的加速度传感器可以换上其他类型的传感器或者增加其他类型的传感器，从而实现对从设备特定环境下的监控。\n[0035] 主设备通常使用多个按键或开关作为输入系统，更换或增加传感器、声控信号或者其他输入方式可以使控制方式更灵活。\n[0036] 主设备通常使用发光二极管作为显示系统，更换或增加液晶屏，LED屏或者发声器件可以使显示方式更灵活，显示效果更好。\n[0037] 设备之间采用Zigbee无线通讯协议进行通讯，在市场的引导下不排除更换成其他的无线传输协议，和更换Zigbee片上系统芯片，甚至采用其他解决方案代替片上系统实现同样的功能。\n[0038] 多个主设备和多个从设备的工作采用这样的模式：实现移动侦测功能时，从设备一旦符合移动和对某个主设备的超距两个条件后，该从设备和这个符合超距的主设备都发出报警，同时该主设备上的显示系统显示该从设备；实现局部定位功能时，每个主设备都可以发出寻找命令寻找特定的从设备，在主设备上的输入系统输入下一个的命令，可以在不同的从设备之间进行切换，每次只能寻找一个从设备。使用多个主设备和多个从设备，可以达到这样的效果：夫妻二人或者一家三口可以对多个物品同时实现监控。\n[0039] 本发明的电子产品的主设备和从设备中的Zigbee片上系统芯片采用TI公司的CC2530芯片，该芯片包括一个51内核单片机和一个无线收发器。CC2530是一款低功耗低成本芯片，能够运行最新的Zigbee2007/PRO标准协议，与专门为其搭配的CC2591射频前端搭配使用，可以为要求更高输出功率和更高灵敏度的应用提供强大的解决方案。Zigbee协议下的27个信道、碰撞避免策略以及AES-128加密算法特性极大地提高了本产品可靠性和安全性。\n[0040] 如图3所示，图3为基于图2中的电子产品实现监测功能的流程图。从设备的加速度传感器一直处于工作状态，即使如此，消耗的电流只有几十微安。加速度传感器检测到加速度变化后，将信号传递给CC2530，CC2530判断该信号的有效性，决定要不要触发报警，如果该信号被认定为有效，从设备的CC2530向主设备发送预警信号，主设备的CC2530接受到预警信号后，以与设定距离相对应的发射功率向从设备发送回复信号。在这之后，如果从设备和主设备之间的距离小于该设定距离，从设备能够接受到该回复信号，从设备便向主设备发送确认信号，主设备和从设备都不发出报警；如果从设备和主设备之间的距离大于该设定距离，从设备收不到该回复信号，不会向主设备发送确认信号，从设备收不到回复信号会报警，主设备收不到确认信号也会报警。\n[0041] 所谓的局部定位是相对于全球定位而言，局部是指主设备的发射信号能够覆盖到的范围，一般情况下为一百米左右半径的圆形区域，可以通过在主设备中加入CC2591来成倍增加主设备的最大发射功率，从而成倍增加主设备的覆盖范围到几百米甚至上千米。如果从设备超出了此覆盖范围，可以通过移动主设备来主动使从设备落入主设备的覆盖范围，这点在固定空间中寻找物品的情况下非常有效，比如火车上丢失物品，可以对每个车厢进行搜索。\n[0042] 如图4所示，图4为基于图2中的电子产品实现局部定位功能的流程图。当主设备发出请求后，即以最大功率发出寻找信号，该信号可以覆盖到距离主设备一百米距离之内的区域，如果从设备在此范围内，从设备也以最大功率发送应答信号，主设备接收到该应答信号后，提取出信号的强度，根据信号强度能够知道大概的距离，此信号的强度通过蜂鸣器发声和振动器震动频率反映出来。只要在寻找模式，从设备持续地返回应答信号，那么蜂鸣器和振动器的动作频率就会实时更新，频率会随着信号强度的变化而变化。蜂鸣器或者振动器有动作后，说明从设备在主设备的信号覆盖范围内；接下来确定从设备的大概方向，可以用手或者某些能够屏蔽信号的物体比如铁环，遮挡在主设备对应于天线的外壳部分，调整手没有遮挡住的方向或者铁环开口朝向的方向，使之360度旋转，那么总会有一个方向蜂鸣器发声和振动器震动频率比较快一些，说明此时天线接收到的信号强度比较强一些，比较强的信号只能是通过没有被遮挡住的方向传送的信号，这个方向就是从设备的方向。使用者拿着主设备向从设备的方向移动，信号强度变大，蜂鸣器发声和振动器震动/蜂鸣器发声/振动器的动作频率变快，快到一定程度，按下主设备上的现身按钮，主设备将现身信号传递给从设备，从设备CC2530控制从设备的蜂鸣器发声，使用者在几米的范围内利用听觉实现对从设备的准确定位。\n[0043] 本发明的电子产品的电源系统可以采用可充电锂聚合物电池，也可以采用纽扣电池。CC2530芯片的体积只有6毫米乘以6毫米，振动器使用手机振子，蜂鸣器采用蜂鸣片加谐振腔的设计，天线用chip天线，输入系统采用微型按键，显示系统采用贴片发光二极管。\n如此设计可以将整个系统做的非常小巧，便于携带。从设备可以做成只有4毫米厚的卡片形状藏于物品里，主设备可以做成手镯或者手表形状佩戴在使用者身上。\n[0044] 最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。