專利名稱：基于Zigbee無線定位的語音播報系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及定位監控語音播放系統，具體為一種適用于定位且需要語音信息提示場合的基于Zigbee無線定位的語音播報系統。
背景技術：
Zigbee無線定位的語音播報系統是指通過Zigbee和超聲波技術對移動節點模塊攜帶者實現精確定位，并且在特定的場合區對移動節點攜帶者具有語音提示功能的系統。 旅游景點是該系統的一個典型運用場合。傳統的旅游方式是導游帶領游客參觀景點，在參觀的過程中向游客介紹景點詳細有關情況。傳統旅游方式仍然是人們選擇外出旅游的主要方式，但是傳統旅游業仍面臨以下主要問題，首先是嘈雜的環境對游客們的影響，導游帶領參觀的景點都是一些著名景點，一般情況下參觀的人數較多，環境相對而言比較吵雜，這就必然導致導游在介紹景點的優美風景或者歷史文化內涵的時候，游客受到影響，游客或者聽不到或者聽不清。其次是游客自身的素質問題，有些游客并不是對所有的參觀景點感興趣，他們可能只是對極個別景點感興趣，但是考慮大部分游客的情況，導游會對所有的景點都做詳細介紹，這必然使得這部分游客喪失耐心，有的會不遵守紀律私自離隊或者脫離團隊，較容易造成脫離團隊。在當代由于導游的素質不是很高，導游欺騙游客、強制游客購物等現象頻頻發生，導致游客對導游的信任度越來越低，自助旅游越來越流行，導致旅游中的暴露的一系列問題日益突出。現有技術的定位方式有以下幾種
1、以紅外線發射器+接受中斷的系統方式，工作原理是通過紅外線被遮擋產生中斷進行定位。該方式的主要優點是裝置便宜，運行成本低；其不足是紅外線易受非移動節點裝置的阻擋，在人流量較大的場合根本不適用，市場運行價值低
2、以GPS+PDA終端的系統方式，工作原理是利用GPS技術無線定位，并通過PDA的閱讀或者收聽信息。此方式的優點是定位精度高并具有自動導航功能；其不足是系統實現成本高、定位精度受到山和高大建筑物的影響
3、手機定位的方式，這種方式是用戶在電信移動運營商的幫助下付費實現定位的。此種定位方式的缺點是在電波傳播不好的環境中，手機定位精度低甚至不能定位，并且響應時間較長。
發明內容
本發明的目的是提供一種基于Zigbee無線定位的語音播報系統，以實現對移動節點的精確定位和語音提示。為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為
基于Zigbee無線定位的語音播報系統，其特征在于包括固定節點模塊，以及分別與固定節點模塊雙向無線通訊連接構成Zigbee網絡的定位標簽子節點模塊、終端模塊； 所述定位標簽子節點模塊包括型號STC12C5632的單片機一，以及分別電接入單片機一的型號為CC2431的Zigbee模塊一、SD卡、型號為VS1003的解碼芯片，所述Zigbee模塊一通過自身的UART接口接入單片機一，SD卡、解碼芯片分別通過各自自身的SPI接口接入單片機一，所述單片機一對輸入單片機一中的數據進行變換并輸出變換后的數據，所述 Zigbee模塊一與固定節點模塊雙向無線通訊，所述SD卡中存放有與地理位置相關的MP3音頻文件供單片機調用，所述解碼芯片對單片機調用的SD卡中的MP3音頻文件進行解碼并進行相應的語音播放；
所述固定節點模塊包括型號為STC12C5632的單片機二，以及分別電接入單片機二的型號為CC2430的Zigbee模塊二、型號為HC-SR04的超聲波傳感器，所述Zigbee模塊二通過自身的UART接口接入單片機二，超聲波傳感器通過自身的I/O接口接入單片機二，所述單片機二對輸入單片機二中的數據進行變換并輸出變換后的數據，所述Zigbee模塊二與定位標簽子節點模塊中的Zigbee模塊一雙向通訊構成Zigbee網絡以實現雙向無線通訊， 并且Zigbee模塊二與Zigbee模塊一配合以定位移動中的定位標簽子節點，Zigbee模塊二還與終端模塊雙向無線通訊，所述超聲波傳感器感應所述定位標簽子節點模塊并測量定位標簽子節點模塊與固定節點模塊之間距離；
所述終端模塊包括PC機，以及接入PC機的型號為CC2430的Zigbee模塊三，所述 Zigbee模塊三通過自身的UART接口接入PC機，Zigbee模塊三與固定節點模塊中的Zigbee 模塊二雙向通訊構成Zigbee網絡以實現雙向無線通訊，所述PC機根據固定節點模塊中 Zigbee模塊二對定位標簽子節點的定位，以及超聲波傳感器測量得到的定位標簽子節點模塊與固定節點模塊之間距離，實時動態顯示所述定位標簽子節點模塊所在位置。所述的基于Zigbee無線定位的語音播報系統，其特征在于所述定位標簽子節點模塊為移動的節點，定位標簽子節點模塊攜帶在移動體上，具有定位功能。所述的基于Zigbee無線定位的語音播報系統，其特征在于所述固定節點模塊安裝在特定的地理位置，在平面坐標系下固定節點模塊的坐標是已知的。所述的基于Zigbee 無線定位的語音播報系統，其特征在于多個定位標簽子節點模塊與多個固定節點模塊通訊連接構成拓展結構。所述的基于Zigbee無線定位的語音播報系統，其特征在于對于單個定位標簽子節點模塊的定位，首先固定節點模塊中的超聲波傳感器判斷感應區是否有定位標簽子節點模塊的攜帶者；當超聲波傳感器判斷感應區內有定位標簽子節點模塊攜帶者時，固定節點模塊中的Zigbee模塊二向攜帶者攜帶的定位標簽子節點模塊發送ID編號消息；定位標簽子節點模塊的Zigbee模塊一接受到所述ID編號消息后，定位標簽子節點模塊中的解碼芯片播放相應的MP3音頻文件，同時Zigbee模塊一向固 定節點模塊發送定位標簽子節點模塊位置消息；固定節點模塊中的Zigbee模塊二接收到的定位標簽子節點模塊的位置消息后，將定位標簽子節點模塊的位置消息發送至終端模塊；終端模塊中的Zigbee模塊三接收到定位標簽子節點模塊的位置消息后，將定位標簽子節點模塊的位置信息顯示在屏幕上。所述的基于Zigbee無線定位的語音播報系統，其特征在于對于多個定位標簽子節點模塊的定位，首先固定節點模塊中的超聲波傳感器判斷判斷感應區是否有定位標簽子節點模塊的攜帶者；當超聲波傳感器判斷感應區內有定位標簽子節點模塊攜帶者時，固定節點模塊中的Zigbee模塊二分別向多個攜帶者攜帶的定位標簽子節點模塊發送多個ID編號消息；多個定位標簽子節點模塊的Zigbee模塊一分別接受固定節點模塊發送的多個ID編號消息后，分別根據自身的坐標選擇相應的ID編號，并通過各自的解碼芯片播放相應的 MP3音頻文件，然后每個定位標簽子節點模塊的Zigbee模塊一分別向固定節點模塊發送自身位置消息；固定節點模塊中的Zigbee模塊二接收到多個定位標簽子節點模塊的位置消息后，將多個定位標簽子節點模塊的位置消息分別發送至終端模塊；終端模塊中的Zigbee 模塊三接收到多個定位標簽子節點模塊的位置消息后，將多個定位標簽子節點模塊的位置信息分別顯示在屏幕上。本發明利用Zigbee自組網技術與超聲波技術相結合對定位標簽進行定位，與現有幾種定位技術相比定位精度高、定位誤差小、實現簡單、價格低廉；固定節點拆卸簡單、布置靈活，適合快速部署；系統運用的元器件功率都較低、工作壽命長、元器件更換簡單方便； 定位標簽的位置能夠實時動態的顯示在PC機上，發生人員走失，尋找方便；能夠按照不同的景點播放相應的景點解說，并且播放語種可選擇，定位標簽攜帶方便。
圖1是本發明的系統結構總體框2是本發明的系統工作流程圖。圖3是固定模塊與多個定位標簽間定位原理圖。
具體實施例方式如圖1所示。本發明包括定位標簽子節點模塊、固定節點模塊、終端模塊；
定位標簽子節點模塊安置于攜帶者身上，包括型號STC12C5632的單片機一、型號為 CC2431的Zigbee模塊一、SD卡以及型號為VS1003的解碼芯片。Zigbee模塊一采用0. 18 μ m CMOS工藝生產，工作時的電流損耗為27 mA，與Zigbee模塊CC2430不同，Zigbee模塊一除了 Zigbee模塊CC2430的全部功能外，Zigbee模塊一基于收到的接收信號強度指示(RRSI) 的定位引擎可根據接收到的信號強度與各固定節點模塊位置數據進行交換計算，能夠準確的計算出自身的位置，并把自身的位置消息發出去，Zigbee模塊一與單片機一通過UART端口連接；基于半導體快閃記憶器的新一代記憶設備SD記憶卡能夠存在存放MP3格式音頻的文件，該音頻文件可以記錄一些重要位置的語音信息，SD卡與單片機一通過SPI接口連接； 解碼芯片包含VS1003解碼器和播放器兩部分，該電路能夠對選中的MP3文件進行解碼，播放文件記錄的語音，解碼芯片通過SPI接口與單片機相連。在定位標簽子節點模塊中，Zigbee模塊一接受固定節點模塊發送的ID消息，單片機一會選中ID對應的SD卡，把SD卡內存儲的內容以比特流的形式通過SPI接口傳輸給解碼芯片，解碼芯片對收到的比特流進行解碼實現音頻輸出。固定節點模塊固定在需要音頻解說的重要位置，包括型號為CC2430的Zigbee模塊二、型號為STC12C5632的單片機二、型號為HC-SR04的超聲波傳感器，本發明系統中可包含多個固定節點模塊；Zigbee模塊二在系統中主要有以下幾方面的作用，首先型號為 CC2430的Zigbee模塊二以IEEE 802. 15. 4規范、Zigbee 2006協議構建現場無線通信網絡與型號為CC2431的Zigbee模塊一之間通信，傳輸固定節點模塊的ID編碼，其次Zigbee 模塊二作為是一個安置在已知位置的靜態結點，在Zigbee模塊一請求時能夠返回自身的位置，作為RRSI定位引擎算法中的“錨節點”，最后Zigbee模塊二與終端模塊通信，傳輸標簽的位置，Zigbee模塊二與單片機二通過UART串口相連接。超聲波傳感器采用低電壓(5V)供電、功耗很低(工作電流小于2mA)，具有自發產生超聲波，自動檢測返回的超聲波功能，探測距離為2cm-400cm，精度可達0. 3cm，傳感器與單片機2通過I/O 口連接。超聲波傳感器的工作原理是在控制口發出一個IOUS以上的高電平，當控制口有高電平輸出時定時器立即開啟，當檢測到返回的超聲波信號時，控制口變為低電定時器停止計時，根據定時器可計算高電平持續的時間，繼而算出測試距離，測試距離=(高電平時間*聲速/2，聲速為340M/S。終端模塊包括型號為CC2430的Zigbee模塊三和PC機，Zigbee模塊三接受Zigbee 模塊二發出的定位標簽的位置消息，并通過UART串口與PC機通信，在PC機上實時動態顯示定位標簽子節點模塊的位置信息。如圖2所示。圖2為Zigbee模塊一定位的工作原理圖，按以下步驟進行定位； 一個“盲結點”與離自己最近的參考節點無線通信，收集這些節點的水平方向X坐標和
豎直方向Y坐標和反映當時接收信號的強度RSSI值，并基于定位引擎硬件和輸入的坐標值計算出計算它所在平面下的坐標，最后“盲結點”將計算的坐標信息消息發送出去。其中上面所述的“參考節點”即是本系統中的安裝在固定位置的固定節點模塊中的Zigbee模塊二，在平面下已知其坐標位置的靜態節點，其作用不僅僅是能夠給Zigbee模塊一配置數據，而且在Zigbee模塊一請求時能夠返回它自己的坐標位置信息。其中上述所述的一個“盲結點”即是定位標簽子節點模塊Zigbee模塊一，Zigbee 模塊一有定位跟蹤引擎，能夠根據接收到的信號強度RRSI與各固定節點模塊平面坐標位置，準確計算出自己的位置。如圖3所示。本系統的工作流程圖，其步驟如下
超聲波傳感器不斷的自發振動發出超聲波并自動檢測是否有返回的超聲波，以此來判斷感應區是否有移動定位標簽存在，當檢測到反射回的超聲波時，超聲波傳感器給單片機一信號，單片機一立即給Zigbee模塊二指令，Zigbee模塊二接收到指令發送固定模塊的ID 編號消息出去，定位標簽子節點模塊的Zigbee模塊一接收到指令ID編號消息并判斷是否接收到多個ID編號，
如果確認只接收到一個ID編號消息時，系統按如下步驟進行
1)定位標簽子節點模塊的單片機一會選中ID編號所對應的SD卡并播放相應的音頻文件，
2)定位標簽子節點模塊中的Zigbee模塊一把自身本身的位置消息發送出去，
3)固定節點模塊的Zigbee模塊二接收到定位標簽的位置消息并轉發出去，
4)終端模塊的Zigbee模塊三接收到位置消息，通過與PC機相連的UART串口發送給 PC機，
5)PC機根串口發送的位置消息判斷定位標簽當前的位置消息，并在屏幕上顯示。如果接收到多個ID編號消息時，系統按如下步驟進行
1)定位標簽子節點模塊的Zigbee模塊一基于收到的接收信號強度指示(RRSI)的定位引擎根據接收到的信號強度與各固定節點模塊Zigbee模塊二位置數據進行交換計算，計算出自身的坐標位置，2)根據坐標消息，定位標簽子節點模塊可判斷自己所在的區域，并從多個ID編號中選擇與自己所在區域相對應的ID編號，
以下步驟與上述單個移動節點的工作步驟相同，在此不再敘述。
實例1 黃山觀光旅游
在黃山景點對外開放之前，工作人員在較為知名的景點和游客感興趣的位置固定安裝與其景點坐標位置相應的固定節點模塊，在黃山對外開放的時間段內，游客按照自己的意愿決定購買或者租借定位標簽子節點模塊，由于定位標簽子節點模塊體積小、攜帶方便， 游客可把定位標簽子節點模塊置于旅行包內、衣服褲兜里。當帶有定位標簽子節點模塊的游客進入已安裝固定模塊節點景點超聲感應區內時，游客被感應到，游客攜帶的定位標簽子節點模塊中的Zigbee模塊一與固定節點模塊中的Zigbee模塊二間進行無線Zigbee通信，Zigbee模塊二把固定節點模塊中的存貯的景點的ID編號和Zigbee模塊一請求的相關 Zigbee模塊二坐標系下的坐標、RRSI值無線傳輸給Zigbee模塊一，定位標簽子節點模塊根據接收到的信息計算自身坐標確認ID標號，播放與景點相關的語音，并把定位標簽的在平面下的坐標發送出去，固定節點模塊把接收到的定位標簽子節點模塊平面坐標轉發出去， 被終端模塊的Zigbee模塊三接受到，PC機對接收到的坐標信息進行處理，在PC機上顯示攜帶標簽的游客位置。待旅游開放時間結束后，工作人員收回定位標簽子節點模塊并對不工作的固定節點模塊進行維修工作。
權利要求
1.基于Zigbee無線定位的語音播報系統，其特征在于包括固定節點模塊，以及分別與固定節點模塊雙向無線通訊連接構成Zigbee網絡的定位標簽子節點模塊、終端模塊；所述定位標簽子節點模塊包括型號STC12C5632的單片機一，以及分別電接入單片機一的型號為CC2431的Zigbee模塊一、SD卡、型號為VS1003的解碼芯片，所述Zigbee模塊一通過自身的UART接口接入單片機一，SD卡、解碼芯片分別通過各自自身的SPI接口接入單片機一，所述單片機一對輸入單片機一中的數據進行變換并輸出變換后的數據，所述 Zigbee模塊一與固定節點模塊雙向無線通訊，所述SD卡中存放有與旅游景點等特定地理位置相關的歷史文化、地理方位相關的MP3音頻文件供單片機調用，所述解碼芯片對單片機調用的SD卡中的MP3音頻文件進行解碼并進行相應的語音播放；所述固定節點模塊包括型號為STC12C5632的單片機二，以及分別電接入單片機二的型號為CC2430的Zigbee模塊二、型號為HC-SR04的超聲波傳感器，所述Zigbee模塊二通過自身的UART接口接入單片機二，超聲波傳感器通過自身的I/O接口接入單片機二，所述單片機二對輸入單片機二中的數據進行變換并輸出變換后的數據，所述Zigbee模塊二與定位標簽子節點模塊中的Zigbee模塊一雙向通訊構成Zigbee網絡以實現雙向無線通訊， 并且Zigbee模塊二與Zigbee模塊一配合以定位移動中的定位標簽子節點，Zigbee模塊二還與終端模塊雙向無線通訊，所述超聲波傳感器感應所述定位標簽子節點模塊并測量定位標簽子節點模塊與固定節點模塊之間距離；所述終端模塊包括PC機，以及接入PC機的型號為CC2430的Zigbee模塊三，所述 Zigbee模塊三通過自身的UART接口接入PC機，Zigbee模塊三與固定節點模塊中的Zigbee 模塊二雙向通訊構成Zigbee網絡以實現雙向無線通訊，所述PC機根據固定節點模塊中 Zigbee模塊二對定位標簽子節點的定位，以及超聲波傳感器測量得到的定位標簽子節點模塊與固定節點模塊之間距離，實時動態顯示所述定位標簽子節點模塊所在位置。
2.根據權利要求1所述的基于Zigbee無線定位的語音播報系統，其特征在于所述定位標簽子節點模塊為移動的節點，定位標簽子節點模塊攜帶在移動體上，具有定位功能。
3.根據權利要求1所述的基于Zigbee無線定位的語音播報系統，其特征在于所述固定節點模塊安裝在特定的地理位置，在平面坐標系下固定節點模塊的坐標是已知的。
4.根據權利要求1所述的基于Zigbee無線定位的語音播報系統，其特征在于多個定位標簽子節點模塊與多個固定節點模塊通訊連接構成拓展結構。
5.根據權利要求1所述的基于Zigbee無線定位的語音播報系統，其特征在于對于單個定位標簽子節點模塊的定位，首先固定節點模塊中的超聲波傳感器判斷感應區是否有定位標簽子節點模塊的攜帶者；當超聲波傳感器判斷感應區內有定位標簽子節點模塊攜帶者時，固定節點模塊中的Zigbee模塊二向攜帶者攜帶的定位標簽子節點模塊發送ID編號消息；定位標簽子節點模塊的Zigbee模塊一接受到所述ID編號消息后，定位標簽子節點模塊中的解碼芯片播放相應的MP3音頻文件，同時Zigbee模塊一向固定節點模塊發送定位標簽子節點模塊位置消息；固定節點模塊中的Zigbee模塊二接收到的定位標簽子節點模塊的位置消息后，將定位標簽子節點模塊的位置消息發送至終端模塊；終端模塊中的Zigbee模塊三接收到定位標簽子節點模塊的位置消息后，將定位標簽子節點模塊的位置信息顯示在屏幕上。
6.根據權利要求1所述的基于Zigbee無線定位的語音播報系統，其特征在于對于多個定位標簽子節點模塊的定位，首先固定節點模塊中的超聲波傳感器判斷判斷感應區是否有定位標簽子節點模塊的攜帶者；當超聲波傳感器判斷感應區內有定位標簽子節點模塊攜帶者時，固定節點模塊中的Zigbee模塊二分別向多個攜帶者攜帶的定位標簽子節點模塊發送多個ID編號消息；多個定位標簽子節點模塊的Zigbee模塊一分別接受固定節點模塊發送的多個ID編號消息后，分別根據自身的坐標選擇相應的ID編號，并通過各自的解碼芯片播放相應的MP3音頻文件，然后每個定位標簽子節點模塊的Zigbee模塊一分別向固定節點模塊發送自身位置消息；固定節點模塊中的Zigbee模塊二接收到多個定位標簽子節點模塊的位置消息后，將多個定位標簽子節點模塊的位置消息分別發送至終端模塊；終端模塊中的Zigbee模塊三接收到多個定位標簽子節點模塊的位置消息后，將多個定位標簽子節點模塊的位置信息分別顯示在屏幕上
全文摘要
本發明公開了一種基于Zigbee無線定位的語音播報系統，包括定位標簽子節點模塊、固定節點模塊、終端模塊。定位標簽子節點模塊信息的與固定節點模塊間的信息交換采用Zigbee雙向無線連接，固定節點模塊與終端模塊間的信息采用雙向Zigbee無線連接。本發明由于一方面采用Zigbee標準進行無線通訊，保證了通訊的質量，并且由于Zigbee標準為免費使用的無線通信標準，因此節省了大量許可使用費，進而降低了成本。另一方面本系統的組成部分都相對簡單、功耗低、布置靈活性高，具有較高的可推廣性。本發明不僅能夠對物體進行短距離精確定位，而且還能夠播報系統中人為預先載入語音信息，幫助人們了解重點位置的信息。
文檔編號H04W4/02GK102438202SQ20111026402
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月7日 優先權日2011年9月7日
發明者衛星, 周堯, 張利, 張建軍, 袁猛猛, 魏振春 申請人:合肥工業大學