本實用新型一種基于ZigBee技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)，涉及ZigBee技術(shù)定位領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，ZigBee技術(shù)系統(tǒng)使用了各種定位算法如：三邊測量定位算法、最大似然估計定位算法、場景指紋定位算法、基于到達時間(TOA)的定位算法、到達時間差(TDOA)算法和基于到達角度(AOA)算法。其中三邊測量定位算法是根據(jù)空間節(jié)點之間三邊信息關(guān)系，對未知節(jié)點進行定位，但該算法的缺點是只有當錨節(jié)點的位置信息精準是，才能準確的定位物品的位置，因此在實際測量中，肯定存在誤差，這樣導致結(jié)果很不準確；最大似然估計定位算法是需要多次建立錨節(jié)點，利用多個已知節(jié)點到未知節(jié)點的距離信息來確定盲節(jié)點坐標的，其主要缺點是計算量變大；場景指紋定位算法是先要建立場強數(shù)據(jù)庫，再根據(jù)移動節(jié)點實時接收到的場強數(shù)據(jù)，與數(shù)據(jù)庫場強數(shù)據(jù)庫進行匹配，得到目標所在點的位置。其缺點有兩個：第一：信號強度指紋只記錄了接收點的信號強度信息，信息量較少，因此那些依賴模型參數(shù)的信號強度匹配方法還是需要依賴一定的信道傳播模型的，而室內(nèi)環(huán)境一般都十分復雜，信道傳播的選取和參數(shù)估計誤差都會產(chǎn)生較大的定位誤差；第二：基于信號強度匹配的定位方法的定位精度還受限于另外一個因數(shù)，那就是參考節(jié)點的個數(shù)，參考節(jié)點的個數(shù)越多，其定位精度越高，但一方面造成成本增加，另一方面參考節(jié)點的增加也無法從跟本上解決基于信號強度匹配方法的定位精度問題。而對于TOA、TDOA、AOA算法雖然定位精度高，但是需要額外的的硬件設備，使得成本較高、體積變大、安裝調(diào)試不方便。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提供一種基于ZigBee技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)，具備結(jié)構(gòu)簡單、成本低、體積小、安裝調(diào)試方便的優(yōu)點。

本實用新型采取的技術(shù)方案為：

一種基于ZigBee技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)由四個Zigbee模塊組建而成，其中一個為協(xié)調(diào)器ZC；另外三個為終端設備，終端設備ZE1、終端設備ZE2、終端設備ZE3；網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)為星形結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)器ZC為盲點，另外三個終端設備為參考節(jié)點，位置已知；終端設備ZE1通過串口通信連接上位機。

所述協(xié)調(diào)器ZC：用于組建網(wǎng)絡，并周期性地發(fā)送廣播數(shù)據(jù)包；

所述終端設備ZE2：用于接收到協(xié)調(diào)器ZC發(fā)送的廣播數(shù)據(jù)包時，獲取此數(shù)據(jù)報的RSSI值RSSI2，然后將RSSI2通過廣播的方式發(fā)送給終端設備ZE1；

所述終端設備ZE3：用于獲取協(xié)調(diào)器ZC發(fā)送的數(shù)據(jù)包的RSSI3，然后發(fā)送給終端設備ZE1；

所述終端設備ZE1：一方面接收終端設備ZE2和終端設備ZE3發(fā)送過來的RSSI2、RSSI3；另一方面接收協(xié)調(diào)器ZC發(fā)送的廣播數(shù)據(jù)包獲取其中的RSSI1；然后周期性地將RSSI1、RSSI2、RSSI3通過串口發(fā)送到上位機，上位機進行進一步的處理。

所述上位機包括STM32MINI開發(fā)板，STM32MINI開發(fā)板連接LCD顯示模塊，STM32MINI開發(fā)板上設有USB接口，用于同zigbee進行連接，實行USB轉(zhuǎn)串口的通信。

所述四個Zigbee模塊均采用cc2530芯片。

相比主流的GPS定位而言，本實用新型一種基于ZigBee技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)，具有成本低，功耗低，更便于在復雜環(huán)境下工作的優(yōu)點。并且該系統(tǒng)適合家庭的使用，方便家庭的操作，也方便人們的生活。

附圖說明

圖1為本實用新型系統(tǒng)的連接示意圖。

圖2為本實用新型系統(tǒng)的硬件模塊連接圖。

圖3為本實用新型系統(tǒng)的下位機節(jié)點ZE2，ZE3工作流程圖。

圖4為本實用新型系統(tǒng)的下位機節(jié)點ZE1工作流程圖。

圖5為本實用新型系統(tǒng)的上位機工作流程。

具體實施方式

一種基于ZigBee技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)由四個Zigbee模塊組建而成，其中一個為協(xié)調(diào)器ZC；另外三個為終端設備，終端設備ZE1、終端設備ZE2、終端設備ZE3；網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)為星形結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)器ZC為盲點，另外三個終端設備為參考節(jié)點，位置已知；終端設備ZE1通過串口通信連接上位機。

本實用新型提供一種基于ZigBee技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)，采用兩個平臺的開發(fā)，對于下位機平臺就是zigbee節(jié)點，在上位機部分采用的是STM32MINI開發(fā)板。

所述協(xié)調(diào)器ZC：用于組建網(wǎng)絡，并周期性地發(fā)送廣播數(shù)據(jù)包；

所述終端設備ZE2：用于接收到協(xié)調(diào)器ZC發(fā)送的廣播數(shù)據(jù)包時，獲取此數(shù)據(jù)報的RSSI值RSSI2，然后將RSSI2通過廣播的方式發(fā)送給終端設備ZE1；

所述終端設備ZE3：用于獲取協(xié)調(diào)器ZC發(fā)送的數(shù)據(jù)包的RSSI3，然后發(fā)送給終端設備ZE1；

所述終端設備ZE1：一方面接收終端設備ZE2和終端設備ZE3發(fā)送過來的RSSI2、RSSI3；另一方面接收協(xié)調(diào)器ZC發(fā)送的廣播數(shù)據(jù)包獲取其中的RSSI1；然后周期性地將RSSI1、RSSI2、RSSI3通過串口發(fā)送到上位機，上位機進行進一步的處理。

所述上位機包括STM32MINI開發(fā)板，STM32MINI開發(fā)板連接LCD顯示模塊，STM32MINI開發(fā)板上設有USB接口，用于同zigbee進行連接，實行USB轉(zhuǎn)串口的通信。

所述四個Zigbee模塊均采用cc2530芯片。

zigbee模塊接收到RSSI之后，通過引腳連接之后的串口通信發(fā)送給上位機，在STM32MINI開發(fā)板上面進行基于三角定位算法的計算進行定位，然后在LCD顯示模塊顯示位置節(jié)點位置。

RSSI(Received Signal Strength Indicator)指的是接收到的信號量強度值。它的實現(xiàn)是在反向通道基帶接收濾波器之后進行的。

RSSI的數(shù)學定義為：

RSSI＝10lgP 功率P的單位是毫瓦

接收距離與RSSI的關(guān)系為：

d＝10^((ABS(RSSI)-A)/(10*n))

其中d表示接收距離。ABS()表示求絕對值。A表示絕對值n是路徑耗損指數(shù)，這個值取決于環(huán)境。如果事先取得接收器在1米時的接收信號強度A，多次在確定的距離上獲取RSSI值代入到上述式子就可以獲得路徑耗損指數(shù)n的平均值。獲取A與n的值，知道了RSSI就可以求出發(fā)射器與接收器的距離了。在一個平面上，一個Zigbee模塊作為接收器，接收到同樣是Zigbee模塊的發(fā)射器發(fā)送的數(shù)據(jù)報，得到接收信號強度RSSI，推算出發(fā)射器與接收器的距離，如果接收器的位置是確定知道，那么發(fā)射器的可能的位置集合在平面就是以接收器為圓心，距離d為半徑的一個圓了。那么有三個這樣的接收器就可以唯一確定發(fā)射器在平面上的位置。

串口通信：

由于本實用新型專利的上位機使用的是STM32MINI開發(fā)板，而且在開發(fā)板上面設有USB接口，可以同zigbee進行連接實行USB轉(zhuǎn)串口的通信。因此只能來實施STM32與zigbee的串口通信，而根據(jù)STM32和cc2530的芯片原理圖，得到其串口引腳分別為PA9(RX),PA10(TX)和P02(RX)，P03(TX)，然后通過跳線連接它們的串口如圖2所示。從而實施串口通信，這種方法相對來說傳輸速度更快，數(shù)據(jù)更穩(wěn)定。

工作流程：

系統(tǒng)工作流程主要是下位機節(jié)點ZE2，ZE3工作流程、下位機節(jié)點ZE1以及上位機流程；具體流程如圖3、圖4、圖5。下位機節(jié)點ZE2，ZE3工作流程，主要是在協(xié)調(diào)器ZC開啟網(wǎng)絡之后，ZE2和ZE3加入網(wǎng)絡進行組網(wǎng)的步驟，因為ZE1需要通過串口通信把RSSI值傳送給上位機。