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1、应用天地APPLICATIONNOTESCC2431的室内定位系统设计■三峡大学王立波陈慈发介绍一种基于ZigBee技术的室内定位系统的设计。以CC2431无线定位引擎为核心,结合ZigBee参考摘要节点的无线室内定位系统,阐述系统的构成和定位引擎的工作原理,讨论系统硬件电路。该定位系统实现了低成本、低功耗、高精度的设计要求。关键词ZigBee定位RSSI节点CC2431术DSSS(DirectSequenceSpreadSpectrum),传输距离介引言于10～75m(增加RF发射功率,可达500m);传输速率随着数据业务和多媒体业务的快速增加,人们对定位为20～
2、250kb/s,适合传感器数据采集和控制数据的传与导航的需求日益增大,尤其在复杂的室内环境,如机场输。ZigBee技术具有强大的组网能力,可以形成星型、树大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场等环境中,常型和MESH网状网。常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位1.2RSSI定位技术置。但是受定位时间、定位精度以及室内复杂环境等条件[2]RSSI(ReceivedSignalStrengthIndicator,接收信号的限制,比较完善的定位技术目前还无法很好地利用。强度指示)是指节点接收到的无线信号强度大小。在基于ZigBee是一种新兴的短距离、低速
3、率无线网络技术,它最接收信号强度指示RSSI的定位中,已知发射节点的发射显著的特点是低功耗和低成本。利用ZigBee技术实现定信号强度,接收节点根据接收到信号的强度计算出信号的位具有低成本、低功耗的优点,且信号传输不受视距的传播损耗,利用理论和经验模型将传输损耗转化为距离,影响。再利用已有的算法计算出节点的位置。该技术硬件要求1相关核心技术概述较低、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1.1ZigBee技术概述改进。[1]ZigBee技术是一种新兴的近距离、低功耗、低成本、接收信号强度是发射功率和发射器与接收器
4、间距离低数据率、低复杂度的双向无线通信技术,它是基于IEEE的函数。接收信号强度RSSI理论值可由式(1)表示:802.15.4标准开发的无线协议。网络层以上协议由Zig2RSSI=-(10n·lgd+A)(1)Bee联盟制定,IEEE802.15.4负责物理层和链路层标准。其中,n代表信号传播常量,也叫传播指数;d代表距发射完整的ZigBee协议套件由应用层、应用架构层、网络层以器间的距离;A代表距离1m时的接收信号强度。及数据链路层和物理层等组成,协议栈结构如图1所示。信号的衰减与距离成对数衰减的关系。节点到信号ZigBee可使用的频段有3个,分别是2.4GHz
5、的ISM频源的距离越近,由RSSI值的偏差产生的绝对距离误差越段、欧洲的868MHz频段以及美国的915MHz频段,不小;而当距离大于某一值时,由RSSI波动造成的绝对距离同频段可使用的误差将会很大。一个未知节点可能收到n个参考节点的信道分别是16、1、信号,所以应当采用RSSI值大的前几个参考节点进行定10个。中国采用位计算,这样可以避免定位误差扩大。2.4GHz频段,它是免申请和免使2ZigBee技术实现定位的优势用费的频段;采用(1)功耗低直接序列扩频技图1ZigBee协议栈结构由于ZigBee的传输速率低,发射功率仅为1mW,而582008年第9期adv@m
6、esnet.com.cn(广告专用)©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.netAPPLICATIONNOTES应用天地且采用了休眠模式,因此ZigBee设备非常省电。ZigBee坐标至少需要3个参考节点。如果参考节点太少,节点间设备仅靠2节5号电池就可以维持长达6个月到2年左影响会很大,得到的位置信息就不精确,误差大。对于右的使用时间,其功耗远远低于其他无线设备。CC2431,要得到好的定位精度,需要8个参考节点;如果(2)
7、成本低得不到8个节点,则应该使用尽可能多的节点。CC2431与GPS相比,定位引擎在单芯片ZigBeeRF收发器的无线定位引擎可以处理最高达64m的X、Y值。中与MCU集成在一起,成本不及GPS硬件的1/10,功耗为了收集计算得到的数据和与无线节点网络交互,特也只是GPS硬件的一小部分,并且ZigBee协议是免专利定的控制系统是必需的。一个典型的控制单元是一台计费的。算机,然而一个PC没有一个嵌入的无线接收器,因此接(3)时延短收器需要从外部接入,还需要一个ZigBee网关。ZigBee通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短,典型的网关的作用就是将无线网络连接到
