本實用新型屬于公共安全設施技術領域，特別涉及一種基于Zigbee與慣性系統(tǒng)的室內人員定位系統(tǒng)。

背景技術：

隨著城市土地資源的逐步緊缺以及建筑技術的進步，目前城市高層建筑物增加迅速，人員在其中的可活動范圍也大大增加，但因為高層建筑人員高度密集、結構緊湊復雜等原因，當高層建筑遭遇突發(fā)事件發(fā)生如：火災、地震、恐怖事件時，為了確定人員在建筑物中的活動情況，對建筑物內人員定位系統(tǒng)就有了需求。對于小的房間僅僅需要知道人員在其中就可以，對于大的空曠地帶就需要知道人員的確切位置，但現(xiàn)有的技術中位置定位和跟蹤精度并不高。

所以，本領域亟需一種新的技術來改變這樣的現(xiàn)狀。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術問題：針對現(xiàn)有技術的不足和缺陷，本實用新型提供一種基于Zigbee與慣性系統(tǒng)的室內人員定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用了功耗極低的Zigbee技術，并結合慣性系統(tǒng)以及磁力計對人員進行定位，進而達到準確定位的目的。

為了達到上述目的，本實用新型的技術方案為提供一種基于Zigbee與慣性系統(tǒng)的室內人員定位系統(tǒng)，其特征是：包括定位器、廣播節(jié)點、協(xié)調器、終端服務器、加速度傳感器及磁力計，其中定位器、廣播節(jié)點及協(xié)調器相互之間通過Zigbee無線網(wǎng)絡通信連接，所述定位器上連接有加速度傳感器和磁力計；所述協(xié)調器與終端服務器通過CAN總線連接。

所述定位器與廣播節(jié)點的數(shù)量均為一個或一個以上，并且每個定位器均與廣播節(jié)點通信連接，每個廣播節(jié)點均與協(xié)調器通信連接。

所述定位器、廣播節(jié)點及協(xié)調器內部均設置有CC24310/CC2431芯片。

通過上述設計方案，本實用新型可以帶來如下有益效果：本實用新型的一種基于Zigbee與慣性系統(tǒng)的室內人員定位系統(tǒng)，定位器會向周邊發(fā)送廣播，要求獲取RSSI值，周邊的廣播節(jié)點返回RSSI值以及自身的位置信息，定位器根 據(jù)各個廣播節(jié)點的返回值計算自身的準確位置，然后獲取加速度傳感器的數(shù)據(jù)以及磁力計數(shù)據(jù)，通過磁力計計算定位器方向，根據(jù)加速度傳感器判斷自身的運動情況，減小由于Zigbee信號被干擾導致的定位不準確問題，穩(wěn)定定位準確度，而后將最終結果發(fā)送至協(xié)調器，協(xié)調器通過CAN總線將數(shù)據(jù)傳送到終端服務器，終端服務器記錄定位數(shù)據(jù)，也可以應使用人員要求展示這些定位數(shù)據(jù)。

附圖說明

下面結合附圖說明和具體實施方式對本實用新型作進一步說明：

圖1為本實用新型一種基于Zigbee與慣性系統(tǒng)的室內人員定位系統(tǒng)的結構示意圖。

圖中：1-定位器、2-廣播節(jié)點、3-協(xié)調器、4-終端服務器、5-加速度傳感器、6-磁力計。

具體實施方式

一種基于Zigbee與慣性系統(tǒng)的室內人員定位系統(tǒng)，如圖1所示，包括定位器1、廣播節(jié)點2、協(xié)調器3、終端服務器4、加速度傳感器5及磁力計6，其中定位器1、廣播節(jié)點2及協(xié)調器3相互之間通過Zigbee無線網(wǎng)絡通信連接；加速度傳感器5、磁力計6與定位器之間使用的I2C總線進行連接,用I2C地址進行區(qū)分；協(xié)調器與終端服務器之間使用CAN總線進行連接。協(xié)調器3通過Zigbee網(wǎng)絡接受定位器1以及廣播節(jié)點2的信息，定位器1上連接有加速度傳感器5和磁力計6，定位器1通過加速度傳感器5獲取自身的運動姿態(tài)，通過磁力計6獲取自身的方向，根據(jù)運動姿態(tài)與方向預估下一個時間的運動姿態(tài)、方向以及坐標。定位器1同時根據(jù)廣播節(jié)點2廣播的消息獲取廣播節(jié)點與定位者1之間的信號強度，根據(jù)信號強度可以計算出定位者1的坐標，用上述中根據(jù)慣性系統(tǒng)獲得的坐標修正根據(jù)RSSI計算得到的坐標，進而得出一個精確度更高的坐標。

所述定位器1與廣播節(jié)點2的數(shù)量均為一個或一個以上，并且每個定位器1均與廣播節(jié)點2通信連接，每個廣播節(jié)點2均與協(xié)調器3通信連接；

所述定位器1、廣播節(jié)點2及協(xié)調器3內部均設置有CC24310/CC2431芯片，定位器1與加速度傳感器5以及磁力計6固定在一起。

所述終端服務器4上設置有人機交互面板。

定位器1的功能為：定位器1為活動人員隨身所帶的超低功耗節(jié)點，該節(jié) 點也包括了加速度傳感器5與磁力計6。定位器1處在不斷的休眠與激活當中。在它激活時，會接收周邊空間的位置廣播信息，收集廣播節(jié)點2的X、Y坐標和RSSI(為信號強度，單位為dBm)值，之后定位器1開始根據(jù)接受到的X、Y值以及廣播節(jié)點2與定位器1之間的的距離(根據(jù)RSSI得到)計算定位器1的坐標；獲取攜帶的磁力計6數(shù)據(jù)判斷定位器1的朝向；獲取加速度傳感器5的姿態(tài)角以及加速度數(shù)據(jù)判斷活動人員的運動趨勢，并據(jù)此對Zigbee廣播信號強度進行修正，計算得到定位結果，并將定位結果發(fā)送到協(xié)調器3上。

廣播節(jié)點2的功能為：廣播節(jié)點2是安裝在固定位置的器件，內部只有一套供電系統(tǒng)以及CC24310/CC2431及其外圍附屬電路。它負責廣播位置數(shù)據(jù)以及回應定位器1的定位請求。廣播節(jié)點2屬于路由器，也能進行休眠，所以功耗較低；在工作時，它將自身的坐標值廣播位置信息到附近空間，供定位器1確定自身位置；在定位器1要求進行定位時，接受定位器1的廣播請求，返回定位器1與廣播節(jié)點2的RSSI值以及廣播節(jié)點2自身的位置；

協(xié)調器3的功能為：組建并維護Zigbee網(wǎng)絡，接受Zigbee通信網(wǎng)絡的信息，并與終端服務器4進行通訊，當接收到定位器1的坐標上傳數(shù)據(jù)包時，可以通過連接的CAN總線發(fā)送到服務器4上。

終端服務器4的功能為：接收Zigbee網(wǎng)絡的加入，維護抽象的Zigbee網(wǎng)絡模型，接收定位器1位置數(shù)據(jù)，能提供地圖用于展示人員位置。終端服務器使用C#進行編寫，后臺啟動監(jiān)聽線程負責對數(shù)據(jù)的處理。

一種基于Zigbee與慣性系統(tǒng)的室內人員定位系統(tǒng)的定位原理是根據(jù)Zigbee網(wǎng)絡中臨近射頻的接受信號強度指示(RSSI)，計算出待定位目標的位置信息的，RSSI與兩個射頻之間的距離呈一定的關系，RSSI容易受到外界環(huán)境的干擾，因此在定位器1上使用了慣性系統(tǒng)用于穩(wěn)定，使用了磁力計6輔助慣性系統(tǒng)。

一種基于Zigbee與慣性系統(tǒng)的室內人員定位系統(tǒng)的系統(tǒng)網(wǎng)絡大致劃分為兩個層次，分別為終端服務器4與協(xié)調器3之間的CAN總線網(wǎng)絡以及協(xié)調器3與下屬的Zigbee網(wǎng)絡。各協(xié)調器3處于同一級別，可以直接連接到終端服務器4，協(xié)調器3下的定位器1及廣播節(jié)點2則在Zigbee網(wǎng)絡中的層次不一。

為了降低功耗，定位器1是處于不斷的休眠與激活狀態(tài)中的，激活狀態(tài)時，會執(zhí)行定位工作，之后進入休眠狀態(tài)節(jié)省能量。廣播節(jié)點2的節(jié)能措施與定位器1類似，也是在不斷的休眠與激活狀態(tài)中轉換，從而降低功耗。

顯然，本實用新型的一種基于Zigbee與慣性系統(tǒng)的室內人員定位系統(tǒng)無論從安全性還是實用性上，都可以滿足現(xiàn)今市場對建筑物內人員定位的要求，因此本系統(tǒng)具有很高的推廣價值。