一種基于紅外人體傳感器陣列的室內(nèi)人員定位系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和室內(nèi)人員定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于紅外人 體傳感器陣列的室內(nèi)人員定位系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前應(yīng)用范圍最廣泛的定位系統(tǒng)為GPS全球定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在全球范圍內(nèi) 提供米級定位服務(wù)，但是，在室內(nèi)環(huán)境下，由于GPS信號受到建筑物的遮擋，使得信號嚴(yán)重 衰減，最終導(dǎo)致定位精度急劇下降或無法定位等情況的發(fā)生。近年來，隨著大型建筑越來越 多，室內(nèi)人員定位技術(shù)成為研宄的熱點(diǎn)。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有部署靈活、功耗較小且能 夠自組網(wǎng)等特點(diǎn)，使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在室內(nèi)定位中具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]目前，室內(nèi)人員定位系統(tǒng)大多是主動(dòng)式定位，即要求人員佩戴電子標(biāo)簽，通過電子 標(biāo)簽主動(dòng)向外發(fā)射信號（如無線電）實(shí)現(xiàn)定位，這種定位方式需要消耗較多的能量，同時(shí) 需要較多的硬件支持。美國麻省理工學(xué)院開發(fā)的Cricket室內(nèi)定位系統(tǒng)是通過TDOACTime Difference of Arrival)方式進(jìn)行定位，被定位人員需要佩戴未知節(jié)點(diǎn)，未知節(jié)點(diǎn)同時(shí)向 信標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)射超聲波和無線電信號，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)根據(jù)兩種信號的達(dá)到時(shí)間差實(shí)現(xiàn)距離的測 量，每個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)將測量的信息發(fā)送給基站，由基站實(shí)現(xiàn)對未知節(jié)點(diǎn)位置的估計(jì)。該定位系 統(tǒng)需要在人員身上佩戴節(jié)點(diǎn)，且該方式的能量消耗較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種基于紅外人體傳感器陣列的室內(nèi)人員 定位系統(tǒng)及方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0006] 一種基于紅外人體傳感器陣列的室內(nèi)人員定位系統(tǒng)，包括：若干探測節(jié)點(diǎn)、一個(gè)基 站節(jié)點(diǎn)和上位機(jī)；
[0007] 所述探測節(jié)點(diǎn)用于通過紅外人體感應(yīng)傳感器陣列對室內(nèi)人員進(jìn)行檢測，當(dāng)檢測到 室內(nèi)人員時(shí)發(fā)送信號給基站節(jié)點(diǎn)，同時(shí)該探測節(jié)點(diǎn)向通信半徑內(nèi)的鄰居探測節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息 喚醒鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)同探測；
[0008] 所述基站節(jié)點(diǎn)用于將接收到的探測節(jié)點(diǎn)檢測到室內(nèi)人員的信號及該探測節(jié)點(diǎn)的 探測信息發(fā)送至上位機(jī)；
[0009] 所述上位機(jī)用于根據(jù)探測節(jié)點(diǎn)位置及各檢測到室內(nèi)人員的探測節(jié)點(diǎn)的探測信息 估計(jì)出室內(nèi)人員的位置；
[0010] 所述探測節(jié)點(diǎn)部署在室內(nèi)不同位置，基站節(jié)點(diǎn)通過串口連接線與上位機(jī)相連；探 測節(jié)點(diǎn)與基站節(jié)點(diǎn)無線連接。
[0011] 所述探測節(jié)點(diǎn)包括：
[0012] 第一電源模塊，用于為第一控制器、第一無線模塊和紅外人體傳感器陣列提供電 源；
[0013] 紅外人體傳感器陣列，用于對室內(nèi)人員進(jìn)行紅外檢測，在紅外人體傳感器陣列中 的紅外人體傳感器探測半徑內(nèi)有人員存在時(shí)向第一控制器發(fā)送一個(gè)高電平信號；
[0014] 第一控制器，在接收到紅外人體傳感的高電平信號后將該探測節(jié)點(diǎn)的ID號和該 紅外人體傳感器的ID號經(jīng)第一無線模塊傳輸至基站節(jié)點(diǎn)；
[0015] 第一狀態(tài)指示燈，用于在第一控制器檢測到第一電源模塊電量不足時(shí)進(jìn)行閃爍警 示；
[0016] 紅外人體傳感器陣列的信號輸出端連接第一控制器的輸入端，第一控制器的輸出 端分別連接第一無線模塊的輸入端和第一狀態(tài)指示燈的輸入端，第一無線模塊通過ZigBee 多跳傳輸?shù)姆绞脚c基站節(jié)點(diǎn)建立無線通信。
[0017] 所述紅外人體傳感器陣列包括4個(gè)紅外人體感應(yīng)傳感器，相鄰兩個(gè)傳感器成90度 安裝在陣列板上，4個(gè)紅外人體感應(yīng)傳感器的信號輸出端分別連接第一控制器的信號輸入 端。
[0018] 所述基站節(jié)點(diǎn)包括：
[0019] 第二控制器模塊，通過第二無線模塊接收該探測節(jié)點(diǎn)的ID號和該紅外人體傳感 器陣列的ID號，并通過串口通信模塊發(fā)送到上位機(jī)上；
[0020] 第二電源模塊，用于為第二控制器、第二無線模塊提供電源；
[0021] 第二狀態(tài)指示燈，用于在第二控制器檢測到第二電源模塊電量不足時(shí)進(jìn)行閃爍警 示；
[0022] 第二控制器的輸入端連接第二無線模塊的輸出端，第二狀態(tài)指示燈的輸入端連接 第二控制器的輸出端，第二無線模塊通過ZigBee多跳傳輸?shù)姆绞脚c探測節(jié)點(diǎn)建立無線通 信。
[0023] 基站節(jié)點(diǎn)還包括：
[0024] 用于設(shè)置休眠/喚醒時(shí)間、設(shè)置探測節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率、紅外人體傳感器的探測靈敏 度的鍵盤模塊；
[0025] 用于顯示休眠/喚醒時(shí)間、探測節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率、紅外人體傳感器的探測靈敏度的 顯示模塊；
[0026] 鍵盤模塊連接于第二控制器的輸入端；顯示模塊連接于第二控制器的輸出端。
[0027] 利用所述的基于紅外人體傳感器陣列的室內(nèi)人員定位系統(tǒng)進(jìn)行室內(nèi)人員定位的 方法，包括以下步驟：
[0028] 步驟1 :在室內(nèi)監(jiān)測區(qū)域部署至少3個(gè)探測節(jié)點(diǎn)，將基站節(jié)點(diǎn)通過串口連接線與上 位機(jī)相連；
[0029] 步驟2 :在上位機(jī)上設(shè)置部署的探測節(jié)點(diǎn)信息，包括探測節(jié)點(diǎn)的ID號、探測節(jié)點(diǎn)位 置和紅外人體傳感器陣列的ID號；
[0030] 步驟3 :通過基站節(jié)點(diǎn)向探測節(jié)點(diǎn)設(shè)定參數(shù)，包括休眠/喚醒時(shí)間、探測節(jié)點(diǎn)發(fā)射 功率、紅外人體傳感器的探測靈敏度；
[0031] 步驟4:探測節(jié)點(diǎn)開始工作，若探測半徑內(nèi)沒有人員出現(xiàn)，則紅外人體傳感器陣列 不動(dòng)作，繼續(xù)探測，否則紅外人體傳感器陣列中檢測到人員出現(xiàn)的紅外人體傳感器向外發(fā) 送一個(gè)高電平信號，執(zhí)行步驟5 ;
[0032] 步驟5 :發(fā)送檢測到人員出現(xiàn)的紅外人體傳感器的ID號和對應(yīng)探測節(jié)點(diǎn)的ID號 給基站節(jié)點(diǎn)；
[0033] 步驟6 :若有一個(gè)探測節(jié)點(diǎn)檢測到有人員出現(xiàn)在其探測半徑內(nèi)，則該探測節(jié)點(diǎn)向 通信半徑內(nèi)的鄰居探測節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息喚醒鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)同探測，并將自身的探測信息通 過設(shè)定的發(fā)射功率進(jìn)行傳輸；鄰居探測節(jié)點(diǎn)收到喚醒信息后，立即進(jìn)入工作狀態(tài)；
[0034] 所述探測信息包括探測節(jié)點(diǎn)的ID和紅外人體傳感器的ID ;
[0035] 步驟7 :若基站節(jié)點(diǎn)接收到少于三個(gè)探測節(jié)點(diǎn)的信息，則繼續(xù)收集探測節(jié)點(diǎn)的信 息；若基站節(jié)點(diǎn)長時(shí)間收集不到至少三個(gè)探測節(jié)點(diǎn)的信息，則基站節(jié)點(diǎn)向各探測節(jié)點(diǎn)發(fā)送 增大發(fā)射功率的指令；若基站節(jié)點(diǎn)接收到至少三個(gè)探測節(jié)點(diǎn)的探測信息，將收集到的探測 信息通過串口傳輸給上位機(jī)；
[0036] 步驟8:上位機(jī)利用探測節(jié)點(diǎn)位置和探測信息估計(jì)出人員的位置，得到室內(nèi)人員 定位結(jié)果，并轉(zhuǎn)至步驟4進(jìn)行下一次定位。
[0037] 所述步驟4中探測節(jié)點(diǎn)的第一控制器通過輪流查詢的方式檢測紅外人體傳感器 陣列的每個(gè)紅外人體傳感器的狀態(tài)，紅外人體傳感器被動(dòng)的接收人體輻射的紅外線，通過 菲涅爾透鏡將紅外熱源聚焦在探測元上，并通過轉(zhuǎn)換電路輸出電壓信號。
[0038] 所述步驟8中上位機(jī)利用探測節(jié)點(diǎn)位置和探測信息估計(jì)出人員的位置的具體方 法是：
[0039] 步驟8-1 :確定檢測到有人員出現(xiàn)的探測節(jié)點(diǎn)的探測半徑與其喚醒的各鄰居探測 節(jié)點(diǎn)的探測半徑交點(diǎn)；
[0040] 步驟8-2 :確定各