基于ZigBee技术的定位系统
基于ZigBee和GPRS技术的行李定位系统
标 识 码 ：Ａ
Ｌ ｕ ｇ ｇ ａ ｇ ｅ Ｐｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏｎ ｉ ｎ ｇ Ｓｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｚｉ ｇ Ｂｅ ｅ ａ ｎ ｄ ＧＰＲＳ Ｔｅｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏｇ ｙ
大似 然估 计 法 实现 对 移 动 节点 的 定 位 ， 并 使 用 ＧＰ Ｒ Ｓ技 术 将 位 置 坐 标 信 息 远 程 传 输 至 上 位 机 ， 通过 Ｚ — Ｌ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ监
测和 显 示 。 经现 场 测试 证 明移 动 节 点 定 位 坐标 精 度 较 高。
１ 定 位 系 统 原 理
Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 无 线 定 位 系统 由参 考 节 点 、 移 动 目标 节 点 以及
Ｋ ｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：Ｃ Ｃ２ ４ ３ Ｏ ／ Ｃ Ｃ２ ４ ３ １ ；Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ ；ＲＳ Ｓ Ｉ ；ｍａ ｘ ｉ ｍｕ ｍ ｌ ｉ ｋ ｅ ｌ ｉ ｈ ｏ ｏ ｄ ｅ ｓ ｔ ｉ ｍａ ｔ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ
传 输 网络 数 据 。具 有 静 态 坐 标 的参 考 节 点 在 网 络 中发 挥
ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇｔ ｈ ｉ ｎ ｄｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏｄ ｓ ａ ｎｄ ｍａ ｘｉ ｍｕ ｍ ｌ ｉ ｋ ｅ ｌ ｉ ｈｏ ｏ ｄ ｅ ｓ ｔ ｉ ｍａ ｔ ｉ ｏｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏｄ， ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｂｔ ａ ｉ ｎｓ ｔ ｈｅ ｐｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏｎ ｉ ｎｇ ｉ ｎｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏｆ ｔ ｈｅ ｍｏｂｉ ｌ ｅ ｎｏ ｄｅ， ａ ｎｄ ｉ ｔ ｕｓ ｅ ｓ ｔ ｈｅ ＧＰＲ Ｓ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏｇｙ ｔ ｏ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏｎ ｃ ｏｏ ｒ ｄ ｉ ｎａ ｔ ｅ ｓ ｉ ｎｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ Ｏ ｔ ｈｅ ｈ ｏｓ ｔ ＰＣ ，ｗｈｉ ｃ ｈ ｃ ａ ｎ ｍｏｎｉ ｔ ｏ ｒ ａ ｎｄ ｄｉ ｓ ｐｌ ａ ｙ ｔ ｈ ｅ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏｎ ｃ ｏ ｏｒ ｄ ｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｂｙ ｔ ｈｅ Ｚ － Ｌｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎ Ｅｎ ｇｉ ｎｅ ｓ ． Ｐｒ ｏｖ ｅ ｄ ｂｙ ｔ ｈ ｅ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｔ ｅ ｓ ｔ，ｔ ｈｅ ａ ｃ ｃ ｕｒ ａ ｃ ｙ ｏ ｆ ｍｏ ｂｉ ｌ ｅ ｎｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｈ ｉ ｇｈ．
基于ZigBee技术的煤矿井下作业人员定位管理系统的设计
［摘要］随着无线通信技术的快速发展，人们对于现代煤矿的生产要求也是越来越高，对此，就提出了一种基于ＺｉｇＢｅｅ的短距离无线通信技术，并且将这种技术应用于矿井人员管理的系统。
ＺｉｇＢｅｅ技术具有低功耗的特点，将这种技术应用在煤矿井下的无线传输系统中，利用光纤网络来是你先对数据的双向通信，还可以利用互联网来实现资源的共享。
有这种系统所组成的井下无线传感器网络能够实现对井下工作人员的定位跟踪管理，更为煤矿井下的安全生产提供了技术支持。
［关键词］ＺｉｇＢｅｅ无线网络；人员管理；单片机；环网冗余基于ＺｉｇＢｅｅ技术的煤矿井下作业人员定位管理系统的设计倪飞刘亚磊洪先锋（河南神火集团刘河煤矿，河南永城４７６６００）科学技术的不断发展致使人们对矿业的安全身安全生产有了更高的要求。
所以，开发出一种新型的矿井人员管理系统，从而实现对井下工作人员的实时跟踪，这样地面管理人员对于井下的工作人员就不存在视觉的盲区，对矿井的灾害意识也能够进一步加强，井下一旦发生安全事故，也能够快速的作出反应，做好应急准备。
对于国内研究者所提出的在矿井人员管理系统的基础上所设计的基于ＺｉｇＢｅｅ技术的矿井人员管理系统已经能够在日常生产中使用，这种系统是采用了国际上比较先进的ＺｉｇＢｅｅ射频技术，能够对井下的各种存在的信息进行无线传输，利用光纤环网冗余技术，将矿井下的每个区域工作人员的动态及时准确的反映给地面的计算机，让煤矿管理人员能够对随时对井下作业人员的动态进行了解。
若是有事故发生，那么就乐意立即从监测计算机中查询到具体事故发生的位置以及被困人员的数量以及位置分布情况，为救援工作提供了良好的科学依据，节省了搜索的时间，救援工作开展的更加顺利。
一、ZigBee 技术及光纤环网冗余技术简介（一）ＺｉｇＢｅｅ技术ＺｉｇＢｅｅ技术是一种双向无线网络通信技术，具有结构简单、近距离、低功耗、低速率、低成本、高可靠性的优点，被称为ＩＥＥＥ８０２．１５．４（ＺｉｇＢｅｅ）技术标准。
基于ZIGBEE技术的室内定位算法研究及应用
２１无线 传 感 器 网络 ． 随 着 无 线通 讯 、 理 器 、 功 耗 高 集 成 数 字 电路 、 机 电系 统 、 处 低 微 片上 系统 等技 术的 发展 ， 无线 传感器 网络 （ ｉ ｅ ｅ ｓ Ｓ ｎ ｏ Ｗ ｒ ｌ ｓ ｅ ｓ ｒ Ｎｅｗｏｋ ，Ｗ Ｓ 得 以 产 生 ， 中包 含 大 量 的小 尺 寸 、 功 耗 、 成 ｔ ｒｓ Ｎ） 其 低 低 本传 感 器 节 点 。哒 些 传 感 器 节 点要 么 相 互 之 间 可 以通 信 ， 要么 可 以 与外部基站直接通信 。 传感器节点通常 是分散 在一个区域里 ， 过 通 无线通信 方式形成 的一个多跳的 自组织的网络系统 ， 彼此协调传输 物理世界 的信息 。 ２２Ｚ ｇ ｅ 技 术 ． ｉＢ ｅ Ｚｇ ｅ是一种新兴的基于１Ｅ ８２ １ ．标准的低功耗无线 网 ｉＢ ｅ Ｅ Ｅ ０ ．５ ４ 络技术 ， 其特点是近距离 、 低复杂度 、 自组织、 低功耗 、 低数据速率、 低 成 本 。 ＥＥＥ ８ １５． Ｉ ２． ４规 范 是 一 种 经 济 、 效 、 数 据 速 率 ０ 高 低 （ ５ ｋ ｐ ） 工作在２ ４ ＜２ ０ ｂ ｓ 、 ． ＧＨｚ ８ ８ ９ ８ 和 ６ ／ ２ ＭＨｚ 的无线技术 ， 它是 Ｚｇ ｅ应用层和 网络层协议 的基础 。 ｉＢ ｅ ｉＢ ｅ Ｚｇ ｅ标准是由Ｚｇ ｅ联盟制 ｉＢ ｅ 定的， 联盟成员包括国际著名半导体生产商 、 技术提供者 、 技术集成 商以及最终使用者 。 由于Ｚｇ ｅ不仅只是８ ２ １ ． 的代名 词， ｉＢ ｅ ０ ．５ ４ 而且 ＩＥ 仅处理低级ＭＡＣ ＥＥ 层和物理层协议 ， 因此Ｚｇ ￣ 盟开发 了安全 ｉＢ 层， 对网络层和应用层进行 了标准化。 ｉＢ ｅ Ｚｇ ｅ协议栈结构如图１ 所示 。
电子信息工程技术专业毕业论文-基于ZigBee无线通信协议的定员系统【精品推荐】
毕业论文基于ZigBee无线通信协议的定员系统学院：应用科技学院专业：电子信息工程技术摘要本论文主要介绍了基于ZigBee无线通信技术的人员定位系统，论述了人员定位的概念、原理与实际应用。
并根据笔者的实际项目开发，论述其中的有关加速度计的一部分内容。
关键词：ZigBee 人员定位 adxl345 加速度计无限路由节点读卡器协调器标签目录摘要 (I)引言 .............................................................. - 1 - 1 ZIGBEE无线通信技术................................................. - 2 - 1.1 特性 ............................................................. - 2 - 1.2 特性 ............................................................. - 2 -1.3 应用前景 ......................................................... - 3 -2 无线定员系统 ....................................................... - 5 - 2.1 标签 ............................................................. - 5 - 2.2 读卡器 ........................................................... - 5 - 2.3 无线路由节点 ..................................................... - 5 - 2.4 协调器 ........................................................... -5 -2.5 上位机软件 ....................................................... - 6 -3 加速度计在人员定位系统重的应用 ..................................... - 7 - 3.1 在节点上的应用 ................................................... - 7 - 3.2 在标签中的应用 ................................................... - 7 - 3.3 加速度计的功耗控制 ............................................... - 8 - 结论 .............................................................. - 9 - 参考文献 ............................................................ - 10 - 致谢 ................................................. 错误！未定义书签。
基于zigbee的人员定位系统介绍
基于zigbee系统的人员定位系统简介一系统设计原理人员定位管理系统是采目前最先进的Zigbee无线识别技术，ZigBee技术基于IEEE802.15.4协议，2.4GHZ高频率，自组网技术，是一种新型的具有统一技术标准的无线通信技术。
协议内部数字信号强度（RSSI）与无线连接质量（LQI）2个高精度，高标准的数字量使我们硬件定位系统的关键基础。
其算法核心：每个路由节点接收到Tag的数据以后，从数据结构体提取内部数字信号强度（RSSI）与无线连接质量（LQI），根据多个路由节点，提取不同的RSSI。
LQI数值计算出相对应的位置。
当Tag达到摸一个路由附近时候，数值达到最大，此时会记录此Tag经过次路由，以便描述Tag踪迹时候使用。
zigbee网络是由终端节点、路由、和协调器 3种设备构成。
协调器收集所有节点和路由的信息，通过RS232发给监控计算机。
通常放在距离控制室最近的位置。
根据现场实际安装的要求，或者结构布局限制，有效的安装无线路由节点，从而构成完整通讯网络。
待定位人员必须随身携带标识卡，当持卡人员经过设置识别系统的地点时被系统识别。
系统将读取该卡号信息，通过zigbee传输网络，将持卡人通过的路段、时间等资料传输到网关二硬件系统系统由四部分组成：人员标签终端、读卡器与数传设备、Zigbee网关、后台管理平台。
同时监护中心提供丰富的图形操作界面，接受指挥人员操作指令1，服务器部分可以是PC或专用服务器，提供RS232串口或以太网接口。
接收TAG数据后，通过一定算法来处理TAG数据并结合地图来展示人员位置与相关紧急报警信息。
2网关：服务器和Zigbee网络之间的桥接设备，网络中所有的标签信息最终汇聚到网关，再传输至服务器。
根据应用需求，网关可以使用RS232接口、RJ45接口、无线WiFi、GPRS等接口和技术和服务器连接3 Reader读卡器与路由节点：负责读取TAG相关信息并利用Zigbee网络远传数据到网关，在标签通讯范围内的读卡器都会收到TAG标签数据。
基于ZigBee的消防员室内定位系统设计和实现的开题报告
基于ZigBee的消防员室内定位系统设计和实现的开题报告一、研究背景与意义随着城市化进程的加速和人口增加，火灾发生的概率也越来越高。
而在火灾爆发时，消防员的快速到达和准确定位是挽救生命的关键。
传统的消防员定位方法主要依靠人工搜索和通信方式等，往往效率低下、精确度不高，并且对人力资源和时间成本要求较高。
因此，基于物联网和无线通信技术的室内消防员定位系统应运而生。
目前，ZigBee技术已被广泛应用于消防员室内定位系统中，具有功耗低、覆盖范围广、抗干扰能力强等优点。
通过对消防员佩戴的ZigBee标签进行信号传输和定位计算，可以实现消防员室内精确定位和跟踪，以便在火灾现场实施更准确的救援行动。
因此，本研究拟通过设计和实现基于ZigBee的消防员室内定位系统，探究其在室内消防员定位方面的实用性和可行性，并为进一步消防员室内定位系统的研究和应用提供技术支持。
二、研究内容和目标1. 研究ZigBee技术原理和应用场景，分析其在消防员室内定位系统中的优势和不足；2. 设计和实现基于ZigBee的消防员室内定位系统，包括标签和接收器的硬件设计和软件开发；3. 对系统进行实验测试和数据分析，重点测试系统的定位精度、鲁棒性和实时性；4. 对系统进行不同场景下的应用实践，并根据实际需求对系统进行优化和改进；5. 给出实用性和可行性评价，为室内消防员定位系统的推广和应用提供技术支持。
三、拟采用的研究方法1. 文献综述法：对国内外相关研究进展和应用情况进行综合调研和分析，了解基于ZigBee的消防员室内定位系统的现状和存在的问题；2. 实验研究法：按照已有的标准和要求，设计和实现基于ZigBee的消防员室内定位系统，并进行实验测试，分析系统的定位精度、鲁棒性和实时性等关键指标；3. 现场实践法：将系统应用于实际消防员室内定位场景中，对系统进行实际操作和使用，并根据用户反馈和实际需求对系统进行优化和改进。
四、预期成果1. 系统设计和实现方案，包括硬件设计和软件开发的详细实现过程和技术要点；2. 实验测试数据和分析，包括系统的定位精度、鲁棒性和实时性等关键指标的实验结果和数据分析报告；3. 现场应用实践报告，包括对消防员室内定位场景的实际应用情况和用户反馈的总结和分析；4. 学术论文或实用性报告，介绍基于ZigBee的消防员室内定位系统的设计、实现和应用研究，总结研究成果和意义，并提出进一步的研究方向和应用推广建议。
基于ZigBee技术的矿井无线定位系统设计
、
系统设计
（ ）系统 总体 设计 一
整 个 系 统 分 为 主 机 ， 关 ，参 考 节 点 和 定 位 节 点 。定 网
位 节 点 从 参 考 节 点 获 得 定 位 数 据 ，通 过 Ｚ ｇ ｅ 网 络 传 输 ｉＢ ｅ
给 主 机 ， 算 法 的 处 理 下 获 得 精 确 的 定 位 。 设 计 原 理 如 在 其 图１ 示。 所
３ ｍ ｓ 眠 激 活 时 延 为 １ｍｓ 激 活 设 备 信 道 接 入 时 延 为 ０ ，休 ５ ，
知道井下 人员所在位置 ， 给营救工作带 来极大的便利 ， 将 并能节省大量时间 ， 将人 员损失减少 到最 小。
本 文 提 出 并 设 计 了一 种 基 于 Ｚｇ ｅ￣ 术 的无 线 矿 下 定 ｉＢ ｅ
１ ｉ Ｂ ｅ 术 简 介 。Ｚ ｇ ｅ 术 的 应 用 可 以 在 不 ．Ｚ ｇ ｅ 技 ｉ Ｂｅ 技 同 的 层 次 上 进 行 ， 可 以 用 完 整 的 Ｚｇ ｅ 协 议 或 用 Ｉ Ｅ 也 ｉＢ ｅ Ｅ Ｅ
８２ １ ．协议 以降低 开发的难度。 ０ ．５４
Ｉ Ｅ ８ ２ １ ．是 ２ ０ 年 初 推 出 的 正 式 标 准 ， ０ ． ． Ｅ Ｅ ０ ．５４ ０ ３ ８２１ ４ ５
特 点 保 证 了 Ｚｇ ｅ ￣ 够 很 好 地 运 行 在 无 线 传 感 器 网络 的 ｉｂ ｅ 环 境 中 ，同时 得 到 广 泛 应 用 。
பைடு நூலகம்
（ ）低功 耗 工作模 式下 ， ｉ Ｂ ｅ 术传 输速 率低 ， １ Ｚｇ ｅ技 传输 数据 量小 ，因此信号的收 ／ 发时 间很短 ；在非工作 模 式 下 ， ｉ Ｂｅ 节点处 于休 眠模 式 。设备 搜 索时延 一般 为 Ｚｇ ｅ
基于Zigbee技术的线路故障定位系统
ＤＯ Ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６— ４ ７ ２ ９ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ５ ． ０ ０ ６
基于 Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ技 术 的线 路 故 障定 位 系统
应笑冬 ， 段 晓雷 ， 陈
（ １ ． 宁波北仑供 电局 ， 浙江 宁波 ２ ． 上 海电力学院 ， 上海
侠
３ １ ５ ８ ０ ０ ；
２ ０ ０ ０ ９ ０ ）
摘
要： 设计 了一种基于 Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ 通信技术 的线路故障定位系统． 该 系统首先利 用电流传感 器对 电路 中的 电流
进行采集 ， 并通过 Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ 技术将测量信 号传 人通信单元 ， 然后 通信单元 利用 ＧＰ Ｒ Ｓ系统将 测量信号输 入总控 单元 ， 总控单元通过对不 同位置 的电流信号变化进行检测 ， 以实 现对故障线路 的定位 ． 模拟 试验结 果表 明 ， 该
ＧＰＲＳ． Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｎａ ａ ｌ ｙ ｚ ｉ ｎ ｇ ａｔ ｄ ａ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｏ ｆ ｄ ｉ ｆｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｌ ｏ ｃ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｓ ｅ ｎｓ ｏ ｒ ｓ， ｈｅ ｔ ｆ ａ ｌｔ ｕ ｌ ｏ ｃ ａ ｉｏ ｔ ｎ ｉ ｓ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ｉ ｎ ｈｅ ｔ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｕ ｎ ｉ ｔ ． Ｉ ｔ Ｃ ｎ ａ ｂ ｅ ｓ ｅ ｅ ｎ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｒ ｅ ｓ ｌｔ ｕ ｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｈｅ ｔ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ｄ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｃ ｎ ａ ｌ ｏ ｃ ａ ｔ ｅ ｈｅ ｔ ｆ ａ ｌｔ ｕ
基于ZigBee网络的室内定位系统的设计与实现
基 于 Ｚｇ ｅ ｉＢ ｅ网络 的室 内定 位 系统 的设 计 与 实现
白旭华 ， 张瑞峰 ， 肖萌 ， 张 王桂英
（ 天津 大学 电子信 息工程学 院 ， 天津 ３０ ７ ） ０ ０２ 摘 要 ： 对 当前室 内定位 系统成本高、 针 精度低 、 可靠性差 的缺点 ， 设计 出了一种基 于 Ｚｇ ｅ ｉＢ ｅ无线传 感 网络 的无线
ｗｈｃ ｏ ｉ ｅ ｈ ｉ ａ ｃ — ａ ｕ ｉｇ ｃ ｌ ｒ ｔ ｎ ｐ ｏ ｅ ｓ ａ ｄ ｔ ｅ ｅ ｔ ｅ ｌｃ ｌ ａｉ ｎ ｐ ｏ ｅ ｓ ｉｓ ，ｃ ｌｕ ａｅ ｔ ｅ ｄ ｓａ ｃ ｉｈ ｃ ｍｂ ｎ ｓｔ ｅ ｄ ｓ ｎ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ａｉ ａ ｉ ｒ ｃ ｓ ｎ ｈ ｎ ｉ ｏ ａｉ ｔ ｒ ｃ ｓ ．Ｆ ｒｔ ａｃ ｌｔ ｈ ｉｔｎ ｅ ｔ ｎ ｂ ｏ ｒ ｚ ｏ
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｄ ｉ ｐ ｅ ｅ ａ ｉ ｎ ｏ ｎ ｏ ｓｔｏ ｉ ｙ ｔ ｍ ｓ ｇ ｎ ｍ ｌ ｍ ｎｔ ｔｏ ｆ ｉ ｄｏ ｒ ｐｏ ｉｉ ｎ ｎｇ ｓ ｓ ｅ ｂａ ｅ ｎ Ｚｉ Ｂｅ ｅ ｗｏ ｋ ｓｄｏ ｇ ｅｎ ｔ ｒ
ＢＡＩＸｕ ｈ ａ，ＺＨＡＮＧ ｉｆ ｎ —ｕ Ｒｕ —ｅ ｇ，ＺＨＡＮＧ ａ — ｎ Ｘｉｏ ｍｅ ｇ，Ｗ ＡＮＧ ｉｙ ｎ Ｇｕ — ｉ ｇ
ｓｓ ｍ—ｎｃｉ ｒ ｕｅ ｙＴｘｓＩｓ ｕ ｎ （ Ｉ ，ｔ ｏｗ ｒ ｂｓｄ ｏ —ｔｃ ｒｔ ｏ Ｓａｋｉ ａｓ ｅ ｎ ｓｔ Ｔ ， ｙｔ ｏ—ｈｐｐｏ ｃｄｂ ｅａ ｎｔ ｍｅｔ Ｔ ） ｈ ｓｆ ａｅ ａｅ ｎ ＺＳａｋ ｐｏ ｃｌ ｔ ｓ ｌ ｂｌ ｇ Ｉ ｅ ｄ ｒ ｓ ｅ ｔ ｏ ｃ ｏ ｏ ｏ
Ｋｅ ｒ ｓ ｉＢ ｅ；ｌｃ ｌ ａｉ ｎ ｉｔｎ ｅ ｍｅ ｓ ｒｎ ；ｒ ｃ ｉｅ ｉｎ ｌ ｔ ｎ ｈ ｙ ｗｏ ｄ ：Ｚ ｇ ｅ ｏ ａｉ ｔ ；ｄ ｓ ｃ — ａ ｕ ｉ ｇ ｅ ｅｖ ｄ ｓｇ ａ ｒ ｇ ｚ ｏ ａ ｓ ｅｔ
基于ZigBee技术的博物馆内人员定位系统的研究
光
学
仪
器
Ｖｏ． ４，Ｎｏ １ １３ ．
Ｆｅ ｒ ａ ｙ ０ ２ ｂ ｕ ｒ ，２ １
ＯＰ ＣＡ Ｌ Ｉ Ｓ ＴＩ Ｎ ＴＲＵ Ｍ ＥＮＴＳ
文章编 号 ： ０ ５５ ３ （ ０ ２ ０ —０ １０ １ ０ —６ ０ ２ １ ） １０ ８ —４
通 过上 位机 Ｐ 可 以实 时 向参 考 节 点 发送 指 令 ， Ｃ， 完 成对 各个 节点 的参 数 设 置 。在上 位 机 Ｐ Ｃ上 面 运 行
定位软件， 各个节点通过无线传感器 网络将信息经过 网关传输给定位软件 ， 确定盲节点 的位置 ， 完成定位功 能 。该 定位 软件 能提 供人 机交 互 的 良好 界 面 。
位置 Ｅ 。
图２ 为定位原理图。在 图 ２中， 参考节点 １ ～４的位置
， ， 一
．
一 ＿： 一 Ｓ 一 ： ，： … ： ＼ ：－
包 自 内节数 中有 点 ， ．． 、 羞管围盲 ，包含 节 源猕ｒ ．二 一’ 给己 昙 的 点据包 该 的 、 ． 、 范 在 ｆ ． Ｉ －
组 而 成的 。
３ 系统结构设计 、
文中定位系统的网络拓扑结构如图 ３ 所示 。
第１ 期
张庆华 ， ： 于 Ｚｇ ｅ 等 基 ｉ ｅ技术的博物 馆内人员定位系统的研 究 Ｂ
・８ ・ ３
系统网络结构图中各相关模块 的主要功能以及实
现 如下 ：
（） １ 上位 机 Ｐ Байду номын сангаас Ｃ
Ｓ ｉｎ ｅａ ｄ Ｔｅｈｎ ｌｇ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｏｏ ｙ，Ｓｈ ｎｇ ａ ０ ０ ３，Ｃｈｎ ） ａ ｈｉ ０９ ２ ｉａ
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基于ZigBee技术的定位系统
基于ZigBee技术的定位系统
引言
随着数据业务和多媒体业务的快速增加，人们对定位与导航的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境，如机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场等环境中，常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位置。
但是受定位时间、定位精度以及室内复杂环境等条件的限制，比较完善的定位技术目前还无法很好地利用。
ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，它最显著的特点是低功耗和低成本。
利用ZigBee技术实现定位具有低成本、低功耗的优点，且信号传输不受视距的影响。
1 相关核心技术概述
1.1 ZigBee技术概述
ZigBee技术[1]是一种新兴的近距离、低功耗、低成本、低数据率、低复杂度的双向无线通信技术，它是基于IEEE 802.15.4
标准开发的无线协议。
网络层以上协议由ZigBee联盟制定，IEEE 802.15.4负责物理层和链路层标准。
完整的ZigBee协议套件由应用层、应用架构层、网络层以及数据链路层和物理层等组成，协议栈结构如图1所示。
图1 ZigBee协议栈结构
ZigBee可使用的频段有3个，分别是2.4 GHz的ISM频段、欧洲的868 MHz 频段以及美国的915 MHz 频段，不同频段可使用的信道分别是16、1、10个。
中国采用2.4 GHz频段，它是免申请和免使用费的频段；采用直接序列扩频技术DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)，传输距离介于10~75 m（增加RF发射功率，可达500 m）；传输速率为20~250 kb/s，适合传感器数据采集和控制数据的传输。
ZigBee技术具有强大的组网能力，可以形成星型、树型和MESH网状网。
1.2 RSSI定位技术
RSSI[2]（Received Signal Strength Indicator，接收信号强度指示）是指节点接收到的无线信号强度大小。
在基于接收信号强度指示RSSI 的定位中,已知发射节点的发射信号强度,接收节点
根据接收到信号的强度计算出信号的传播损耗,利用理论和经验模型将传输损耗转化为距离,再利用已有的算法计算出节点的位置。
该技术硬件要求较低、算法相对简单,在实验室环境中表现出良好特性;但由于环境因素变化的原因,在实际应用中往往还需要改进。
接收信号强度是发射功率和发射器与接收器间距离的函数。
接收信号强度RSSI理论值可由式 (1)表示：
RSSI=-(10n·lgd+A)(1)
其中，n代表信号传播常量，也叫传播指数；d代表距发射器间的距离；A代表距离1 m时的接收信号强度。
信号的衰减与距离成对数衰减的关系。
节点到信号源的距离越近, 由RSSI值的偏差产生的绝对距离误差越小；而当距离大于某一值时,由RSSI波动造成的绝对距离误差将会很大。
一个未知节点可能收到n个参考节点的信号, 所以应当采用RSSI值大的前几个参考节点进行定位计算，这样可以避免定位误差扩大。
2 ZigBee技术实现定位的优势
(1) 功耗低
由于ZigBee的传输速率低，发射功率仅为1 mW,而且采用了休眠模式，因此ZigBee设备非常省电。
ZigBee设备仅靠2节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间，其功耗远远低于其他无线设备。
(2) 成本低
与 GPS相比，定位引擎在单芯片 ZigBee RF收发器中与 MCU 集成在一起，成本不及 GPS硬件的1/10，功耗也只是 GPS硬件的一小部分，并且ZigBee协议是免专利费的。
(3) 时延短
通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索设备时延为30 ms，休眠激活的时延是15 ms，活动设备信道接入的时延为15 ms。
因此ZigBee技术适用于对实时定位要求较高的应用。
(4) 网络容量大
一个星型结构的ZigBee网络最多可以容纳254个从设备和1个主设备，组网方式灵活。
随着ZigBee技术的成熟，未来ZigBee
设备不断增多，可以利用具有ZigBee RF的设备或基础设施,容易组建ZigBee网络，降低了ZigBee节点设计和组网成本,且利用更多的ZigBee设备可以达到更高的定位精度。
3 室内定位系统设计
3.1 系统结构
定位系统由盲节点（即待定位节点）和参考节点组成，为了便于用户获得位置信息，还需要一个与用户进行交互的控制终端和一个ZigBee网关。
参考节点是一个位于已知位置的静态节点,这个节点知道自己的位置并可以将其位置通过发送数据包通知其他节点。
盲节点从参考节点处接收数据包信号,获得参考节点位置坐标及相应的RSSI值并将其送入定位引擎,然后可以读出由定位引擎计算得到的自身位置。
由参考节点发送给盲节点的数据包至少包含参考节点的坐标参数水平位置X和竖直位置Y,而RSSI值可由接收节点计算获得。
一般来说参考节点越多越好,要得到一个可靠的定位坐标至少需要3个参考节点。
如果参考节点太少,节点间影响会很大，得到的位置信息就不精确，误差大。
为了收集计算得到的数据和与无线节点网络交互，特定的控制系统是必需的。
一个典型的控制单元是一台计算机，然而一个PC 没有一个嵌入的无线接收器，因此接收器需要从外部接入，还需要一个ZigBee网关。
ZigBee网关的作用就是将无线网络连接到控制终端，所有位置计算都由盲节点来实现，所以控制终端不需要具备任何位置
计算功能。
它的唯一目的是让用户和无线网络进行交互，比如获得盲节点的位置信息。
3.3 定位引擎操作流程
zigbee的硬件定位引擎与软件定位方法相比的优势是：速度快、精度高，不占用处理器时间。
该定位引擎的主要特点如下：定位估计算法需3～8个参考节点；定位估计以0.5 m为单位；计算节点位置耗时少于40 μs；定位范围为64 m；定位偏差低于3 m；定位引擎采用分布式计算方法，该方法使用已知参考节点的RSSI信息定位。
在节点上分布式定位计算可避免集中计算方法带来的大量网络传输与通信延迟问题。
定位引擎运行时需要输入3～8个参考坐标。
参考坐标是以m 为单位的,它表示各个参考节点的位置,其数值位于0～63.75,最高精度为0.25 m,以最低2位为小数部分,剩余6位为整数部分。
参考坐标存放于RF 寄存器REFCOORD中。
在写入REFCOORD之前,寄存器LO2CENG的第1位LOCENG.REFLD 必须写入1,用于指示一组参考坐标将要被写入。
一旦坐标写入过程开始(LO2CENG.REFLD=1),8对坐标必须一次性写入。
当定位引擎使用少于8个参考坐标时,要将未用的参考坐标写入0.0。
4 定位区域的扩展
定位引擎可以处理最高达64 m的X、Y值,更准确地说是63.75 m，但是这个区域对实际应用来说显得太小,因此扩展区域非常
必要。
可以通过软件预处理算法来实现。
每个节点用2个字节代表X、Y。
因为精度为0.25 m，因此最大范围为16 384 m(214=16 384)。
有定位引擎的ZigBee射频收发器，结合其他ZigBee节点构成的无线网络，可以实现3～5 m的定位精度。
ZigBee作为一种高性价比、低成本、低功耗、低复杂度的无线通信技术，以其来实现室内无线定位具有良好的应用前景。
随着人们生活水准的提高，人们对定位服务有着越来越高的需求，虽然目前已经有多种定位技术，但是在室内定位方面存在一定缺陷和不足。
如果将这些定位技术和ZigBee定位技术结合起来，将会实现更加完美和精准的定位服务。
另外，我们公司有一种定位精度达到2.5cm到50cm的小范围定位已经成功应用。
相信我们的定位产品会给你们带来问题解决方案。