單志林　王勇攀　干露

[摘 要]提供一種基于Zigbee基站無線通信檢測技術的室內定位系統，該基站由片上SOC的CC2530及其無線射頻系統組成，在需要定位的空間內，每隔50～100米固定布置一個位置基站，該位置基站定時的發(fā)送網絡信號，當需要定位的未知節(jié)點加入該網絡信號后，即可通過三點定位法，獲得未知節(jié)點的位置信息，實現室內定位。該技術解決了傳統無線網絡結構復雜，功耗大，組網成本高的問題。

[關鍵詞]室內定位 Zigbee RSSI三環(huán)定位方法 無線網絡通信

中圖分類號：TP36 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）05-0345-01

1 背景概述

目前對于室內物品及人員的位置感知計算及基于位置信息的服務已越來越多，其滿足于社會發(fā)展技術更迭中行業(yè)細分領域的服務需求，如工業(yè)區(qū)大型設備查找及定位，煤礦地下設備及人員定位，醫(yī)院老殘智障人員查找及跟蹤等。

國內外眾多專家學者提出一系列室內定位的解決方案，如超聲波定位，wi-fi定位，藍牙定位，Zigbee定位，紅外線技術，射頻識別技術，計算機視覺定位技術等。本文提出的Zigbee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低成本的雙向無線通信技術。通過2.4G自組網協議，可實現局域網內多達65536個節(jié)點的組網通信，實現互聯網傳感器無線通信，廣泛用于工業(yè)領域。

Zigbee定位技術的特點

室內定位系統面臨著多種復雜問題，如室內環(huán)境復雜度高，室內具有多種不確定因素及設備會阻隔或反射無線射頻信號，且室內定位要求精度高，一般在5米以內及更高的精度，為考慮到安全因素，會對室內無線信號的功率要求，該無線射頻信號一般選用微弱功率信號。

IEEE 802.15.4/Zigbee無線個人局域網絡技術的快速發(fā)展為該技術實現室內定位提供了廣闊的前景。該技術實現室內定位系統具有功耗低、成本低、實用性廣的特點。本文中提出的基于RSSI的Zigbee無線室內定位系統，RSSI為接收器接收到的無線信號強度指示，通常，RSSI等價于被測量設備發(fā)出信號的功率，理論上該信號強度經過一定的空間距離后會衰減，該信號強度的衰減量可被俠義的設定為該發(fā)射設備與接收設備的距離差。該系統可以選擇集中式的定位服務區(qū)或者讓移動目標實現自定位的兩種方式而使系統具有更大的靈活性。

基于SOC的CC2530解決方案

CC2530具有高達128K的可編程flash，8Kb的RAM，強大的5通道DMA，通用定時器（一個16 位定時器，一個8 位定時器），具有8 路輸入和可配置分辨率的12 位ADC，21 個通用I/O？引腳（19×4 mA，2×20 mA），具有看門狗定時器，具有2.4G 無線射頻模塊。

CC2530為 Zigbee基站核心處理單元，通過自帶的ADC單元定時進行電量采集并上報，便于監(jiān)控中心監(jiān)測其電量；通過IO口外接DS18B20溫度傳感器，測量溫度參數，用于監(jiān)控中心對基站及其外界環(huán)境溫度的監(jiān)控及報警；通過RS485總線，建立與服務器端的通信，定時將待測定位節(jié)點信息、溫度、電量、基站狀態(tài)及默認參數等上報。在核心基站中，搭建LED狀態(tài)顯示單元及蜂鳴器，便于對待測位置節(jié)點的監(jiān)控及自身報警。

本文中，采用TI Zigbee RF設備，其內嵌的定位引擎使用Zigbee網絡的RF基礎設施來計算事物或人物所處的位置。定位引擎在單芯片 RF 收發(fā)器中與 MCU 集成在一起，采用了一種分布式定位計算方法。這種計算方法根據從距離最近的參考節(jié)點（其位置是已知的）接收到的信息，對節(jié)點進行本地計算，確定相關節(jié)點的位置。因此，網絡流量的多少將由待測節(jié)點范圍中節(jié)點的數量決定。另外，由于網絡流量會隨著待測節(jié)點數量的增加而成比例遞增，故系統中，還允許同一網絡中存在大量的待測節(jié)點。

基于Zigbee技術的室內定位工程方案

一：工程技術方案

1. 在需要定位的空間內，每隔50～100米固定布置一個位置節(jié)點，位置節(jié)點在系統的位置確定；

2. 給需要定位的人或物佩一個定位卡片，定位卡片在位置節(jié)點所布置的信號覆蓋范圍內移動，位置節(jié)點定時搜索未知的定位卡片并建立連接；定位卡片通過廣播方式，發(fā)送在線狀態(tài)信息，并建立與位置節(jié)點及路由的通信通路；

3. 位置節(jié)點及定位卡片建立無線連接后，定位卡片接收位置節(jié)點的信號，并將電量信息、溫度信息與綁定的ID信息、RSSI信號強度信息打包后，通過無線方式發(fā)送給路由/數據節(jié)點；

4. 路由/數據節(jié)點通過連接線連接交換機，交換機與后臺服務器建立通信，通過交換機將數據發(fā)送給后臺服務器；服務器實時接收上報數據并解析，后臺服務器的數據庫中心將各個位置節(jié)點信息記錄并存儲，通過定位算法計算定位卡片位置并在地圖中顯示，并實時顯示位置節(jié)點及定位卡片的在線狀態(tài)，通過可視化地圖方式展示。

二.定位技術方案

其中多點定位方法如下所述：X為定位卡片，A，B，C三點為位置節(jié)點，已知X與A，B，C三點的距離。取A或B或C中任一點為球心，以A，B，C的RSSI信號強度轉換的距離作為半徑作球形圖，得到三個球形交點處即為X的位置。若需要更精確的位置，可選取E、F等點，重復作圖。

結論與應用前景

本文中提供的Zigbee定位系統，根據定位節(jié)點的選擇，可實現粗略及精細定位，在定位精度不高的場合，使用單點定位法即可實現定位，布置簡單快捷；在定位精度高的場合，可采用3點或者更高定位方法，以獲取更高的定位精度，最高定位精度可達2.5m。

Zigbee定位系統為一項成熟的工程實施方案技術，已大量用于工業(yè)、醫(yī)療、電力、商業(yè)等領域。目前已廣泛應用于煤礦或隧道，確定工作人員的位置及發(fā)生危險時迅速找到工作人員；跟蹤碼頭倉庫的集裝箱起運情況；用于電廠、變電站等危險區(qū)域，確定工作人員位置；用于養(yǎng)老院，確定入院人員的位置及發(fā)生危險時的緊急呼叫等室內需要定位的場合，其市場前景及應用遠景廣闊，市場潛力極大。

參考文獻：

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