CN109089206A - 一种基于LoRa SX1280的室内定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于LoRa SX1280的室内定位装置。本发明包括待定位节点装置、锚点装置、网关、定位服务器；待定位节点装置是指需要定位的具体装置，可配置于一切可移动设备上；锚点装置是指在指定地方固定安放的装置，用于负责和待定位节点装置之间的通信，辅助完成待定位节点装置的定位相关信息收集；网关即集中器用于数据传输；定位服务器包含一种定位模块及数据库；定位模块用于生成室内的二维地图和运行定位算法，数据库则负责保存地图信息、锚节点和待定位节点装置的标识和坐标信息，以及定位时间相关信息。本发明低功耗远距离低成本。

Description

一种基于LoRa SX1280的室内定位装置

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，尤其涉及一种基于LoRa SX1280的室内定位装置。

背景技术

定位技术是当前信息领域的热点技术。室外定位一般可以通过GPS得到解决。但是，由于室内空间中多径、干扰多变、非视距等环境因素的干扰使得现有的算法并不能很好的适用于室内环境。在办公室、机场休息室、图书馆、报告厅等相关室内场景中的定位方案也相对较少,能够针对性地提出以这些室内空间环境为基础,具有良好的适应性的定位装置系统和工作协议流程尤为重要。

目前主流的室内物品追踪技术仍采用的是RFID技术。RFID技术需要在追踪的物品或人员上安装电子标签，通过射频信号获取目标电子标签和阅读器之间的距离信息，然后通过测距、定位、求精方法完成对目标的定位。但是由于缺乏一种可靠的工作协议流程，RFID技术仅仅便于外界人员了解待定位物品的当前位置，而需要被定位的物品或人员却不自知。因此需要被定位的物品或人员与外界人员之间缺乏了一种互动性，或者说缺乏一种工作协议流程来将位置信息实时地传递给待定位的节点设备。这对于需要了解自己所在位置的待定位物品或者人员来说是不友好的。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的问题，将LoRa技术应用于室内定位的场景中，提供了一种基于LoRa SX1280的室内定位装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明所述定位装置包括待定位节点装置、锚点装置、网关、定位服务器。

进一步，所述的待定位节点装置是指需要定位的具体装置，可配置于一切可移动设备上。待定位节点装置采用SX1280模组、独立天线、振动传感器、电池供电；

进一步，所述的锚点装置是指在指定地方固定安放的装置，用于负责和待定位节点装置之间的通信，辅助完成待定位节点装置的定位相关信息收集；所述的定位相关信息包含LoRa通信模式下的RSSI值和LoRa测距引擎模式下的测距值。锚点装置采用SX1280模组、独立天线、市电供电；

进一步，所述的网关即集中器，用于数据传输。汇总了待定位节点装置传来的具体定位相关信息，并将汇聚的定位相关信息附加时间信息后发送给定位服务器。网关采用微控制器(MCU)、SX1280模组、独立天线、市电供电；

进一步，所述的定位服务器包含一种定位模块及数据库。定位模块用于生成室内的二维地图和运行定位算法，用于根据网关发送而来的关于某待定位节点的定位相关信息，计算得到待定位节点装置的二维坐标，显示在地图上。并根据场景需要决定是否通过网关将定位得到的二维坐标和时间信息发送回待定位节点装置。数据库则负责保存地图信息、锚节点和待定位节点装置的标识和坐标信息，以及定位时间相关信息。

本发明具体实现过程如下：

首先，本发明室内定位装置系统以特定的工作方式运行，用于获取包含RSSI值和测距值的定位数据，并且返回定位结果，具体的：

在某个室内环境中，首先按区域部署N个所述固定的锚点装置。部署锚点装置的位置根据实际室内环境确定，锚点装置由市电供电，且初始工作于LoRa通信模式。

其次，待定位节点装置起始处于休眠状态，可由两种方式唤醒：主动唤醒，节点移动时由振动传感器检测节点移动后触发外部中断唤醒，唤醒之后每隔一定时间T发起定位；被动唤醒，需要由定位服务器知道节点的ID，发起寻呼唤醒。

当待定位节点装置唤醒之后，待定位节点装置进入LoRa通信模式，然后待定位节点装置广播定位请求消息帧。随后待定位节点装置进入一个T1毫秒的等待时间，等待周围锚点装置回应。

所有的待定位节点装置、锚点装置、网关均能够收到广播的定位请求消息帧。

进一步，锚点装置收到待定位节点装置发送的广播定位请求消息帧后，发送回复广播帧以响应待定位节点装置，回复广播帧内容包含锚点装置ID、帧类型和待定位节点装置ID。其它待定位节点装置收到锚点装置的回复广播帧后，将回复广播帧中的待定位节点装置ID与自身ID进行匹配，若ID不相同，则不作任何处理或回复，直接过滤。

待定位节点装置在T1毫秒时间内收到锚点装置的回复广播帧之后，按锚点装置响应的回复广播帧的RSSI值高低排序，并根据RSSI值从高到低逐一对RSSI值对应的锚点装置，发送测距开始帧通知对应锚点装置切换成LoRa测距引擎从机模式。当发送测距开始帧发送后，待定位节点装置进入一个T2毫秒的等待时间。对应锚点装置收到测距开始帧后，则会给对应待定位节点装置发送一个回复测距帧，然后自身进入LoRa测距引擎从机模式。

进一步，待定位节点装置在T2毫秒时间内收到对应锚点装置的回复测距帧后，则进入LoRa测距引擎主机模式，然后发起测距，获取当前待定位节点装置与该锚点装置之间的测距值。如果待定位节点装置与对应锚点装置之间没有全部完成指定通信过程，都会导致待定位节点装置在T2毫秒内没有收到回复测距帧，该待定位节点延迟T3毫秒后再重发一次测距开始帧。重试两次依然失败后，则放弃对该锚点装置的操作，直接到选择下一锚点进行发起测距操作。

进一步，当该锚点装置的测距完成后，该锚点装置和待定位节点装置都切换回LoRa通信模式。待定位节点选择下一锚点装置发起测距操作，直到与所有响应的锚点装置测距完成。

所述的指定通信过程是指待定位节点装置发送测距开始帧到收到回复测距帧的过程；

进一步，当全部测距完成后，待定位节点装置将收到的定位数据以数据帧的形式发送给网关，所述定位数据包含待定位节点装置ID、响应的锚点装置数量M、响应的锚点装置1的ID、响应的锚点装置1的测距值、响应的锚点装置2的ID、响应的锚点装置2的测距值…响应的锚点装置M的ID、响应的锚点装置M的测距值。网关再将此数据帧附加上时间信息后传输给定位服务器。

定位服务器根据网关传输过来的关于待定位节点装置的定位数据信息，利用定位算法得到待定位节点装置所在位置的二维坐标，并将定位数据、时间信息和生成的二维坐标保存在数据库中。并根据应用需要决定，是否显示到二维平面地图上和将定位结果返回给待定位节点装置。

进一步，对广播定位请求消息帧、回复广播帧、测距开始帧、回复测距帧以及数据帧的帧格式定义如下：

首先，广播定位请求消息帧、回复广播帧、测距开始帧、回复测距帧以及数据帧均属于应用层帧。

其次，应用层帧由1字节的控制码，4字节的目标ID，4字节的源ID，1字节的数据长度和数据域组成。

通过这种应用层帧通信，每当待定位节点装置、锚点装置或者网关收到帧时，均会通过解析该控制码来进行相应处理。

本发明有益效果如下：

本发明提供一种基于LoRa SX1280芯片的室内定位装置系统和工作协议流程，本质上是一种将LoRa技术应用于定位领域的一种装置系统和工作协议流程。可以解决利用LoRa SX1280芯片进行室内关键物品或人员定位追踪的问题，由于整个工作协议流程仅需使用LoRa技术来传输数据，而LoRa技术本身具有低功耗远距离低成本的特点，从而无需借助其他WIFI或是GPRS等高功耗且距离短的技术应用。比如物品追踪的场景下，仅需在需要追踪的物品上安装我们的待定位节点装置，就可以方便追踪它在某室内环境下的位置。

附图说明

图1为本发明室内定位装置图；

图2为本发明待定位节点装置示意图；

图3为本发明室内定位装置中的锚点装置示意图；

图4为本发明提出的流程图；

图5为本发明提出的协议帧格式示意图；

图6为本发明具体实施例1中提出的应用场景示意图；

图7为本发明具体实施例2中提出的应用场景示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明具体实施例(提供的)的一种基于LoRa SX1280的室内定位装置系统由待定位节点装置、锚点装置、网关、定位服务器所组成,如图1所示。

所述的待定位节点装置指需要我们定位的具体装置，可配置于一切可移动设备上，例如可以安装在需要追踪的物品上面。待定位节点装置采用SX1280模组、独立天线、振动传感器、电池供电，如图2所示。

所述的锚点装置指在室内环境中在某些地方固定安放的装置，主要负责和待定位节点装置之间的通信，采集待定位节点装置的定位相关信息,这里包含LoRa通信模式下的RSSI值和LoRa测距引擎模式下的测距值。锚点装置采用SX1280模组、独立天线、市电供电，如图3所示。

所述的网关即集中器，起一个数据传输的作用。汇总了待定位节点装置传来的具体定位相关信息，并将这部分定位相关信息发送给定位服务器。网关采用微控制器MCU、SX1280模组、独立天线、市电供电。

所述的定位服务器包含一种定位模块及数据库。定位服务软件负责生成室内的二维地图，并包含一种室内定位算法，可以根据网关发送而来的关于某待定位节点的定位相关信息，计算得到待定位节点装置的二维坐标,并显示在地图上。数据库负责保存待定位节点装置的唯一标识及地图和坐标等信息。

为使上述室内定位装置系统正常工作，将LoRa技术应用于室内定位、物品追踪的场景，同时弥补传统室内定位中利用单一RSSI值进行指纹定位算法时表现出复杂的时变特性，本发明提供了一种基于LoRa SX1280的特定的工作协议流程，利用美国升特公司的SX1280芯片自带的LoRa通信模式和LoRa测距引擎模式。通过在待定位节点装置和锚点装置上安装SX1280模组，就可以采集到RSSI值和基于到达时间(TOA)的测距值。

具体地，在实际室内环境中，无线信号在传播过程中受到墙壁、门窗环境因素影响，导致无线信号在传播过程中产生显著的多径效应，因此在同一个位置处RSSI值往往表现出复杂的时变特性，而LoRa测距引擎模式的工作原理是基于TOA来计算的。在定位服务器中，可以灵活选择室内定位算法：如指纹定位算法和三边测距定位算法。

本发明提供了一种基于LoRa SX1280的特定的工作协议流程，可以让待定位节点和固定的锚点以一种特别的工作方式工作，便于获取定位相关数据。

具体地，本具体实施案例1中以室内物品追踪为场景，定位服务器中的定位算法采用三边测距定位算法为例进行说明。如图6所示：在某一楼层平面图中，需要追踪一个移动物体(安装待定位节点装置)，见图中黑色矩形表示。图中黑色三角形表示部署的固定锚点装置，黑色圆圈表示网关。

具体地，图4所示具体包括以下步骤：

步骤1，在某一室内环境中，首先按区域部署数个所述固定的锚点装置。部署锚点装置的位置根据实际室内环境确定，锚点装置由市电供电，且初始工作于LoRa通信模式，LoRa通信模式的工作参数选择如下：扩频因子SF＝10，带宽BW＝1600KHz，编码率CR＝4/5，发送功率Tx Power＝13dbm，数据率Data Rate＝12.7kb/s。

步骤2，在需要追踪的物品上，如图6中黑色矩阵所示，安装待定位节点装置，所述待定位节点装置起始处于休眠状态，可由两种方式唤醒：主动唤醒，节点移动时由振动传感器检测节点是处于移动状态后触发外部中断唤醒，唤醒之后每隔一定时间发起定位；被动唤醒，需要由定位服务器知道节点的ID，发起寻呼唤醒。

步骤3，唤醒之后，待定位节点装置进入LoRa通信模式，发送广播定位请求消息帧。广播定位请求消息帧之后，待定位节点装置进入一个T1＝150ms的等待时间，等待周围锚点装置回应。LoRa通信模式的工作参数和步骤1保持一致。

步骤4，锚点装置收到待定位节点发送的广播定位请求消息帧后，发送回复广播帧以响应待定位节点，回复广播帧内包含锚点自身的唯一ID。由于广播定位请求消息帧是LoRa的全网广播，因此所有使用SX1280模块的设备都会收到该帧。这里有一个容错机制，如果是其他的待定位节点装置收到广播帧后，会根据帧格式的定义来判断帧类型，如果判断为广播定位请求消息帧，则不作任何处理或回复，直接过滤。帧格式的判断可以根据图5所述来判断。

步骤5，待定位节点装置在150ms的时间内收到周围锚点装置的响应回复帧之后，判断响应的锚点数量：如果响应的锚点数量多于等于四，则按RSSI值从高到低进行排序，并选择RSSI值较高的三个锚点装置逐一发送测距开始帧，测距开始帧的目的是通知其准备切换成LoRa测距引擎从机模式准备进行测距。待定位节点装置发送完测距开始帧之后，进入一个T2＝50ms的等待时间。如果响应的锚点数量不足四个，则重复步骤3，重新发送广播定位请求消息帧，直至回复的锚点数量满足最低要求。

步骤6，锚点装置收到测距开始帧之后，会发送回复帧。然后自身切换为LoRa测距引擎从机模式，等待主机发起测距；

步骤7，而如果待定位节点装置在50ms的等待时间内收到了回复帧，则切换为测距引擎主机模式，发起测距；但如果步骤6中该锚点没有收到测距开始帧，或未成功发送回复测距帧给待定位节点装置，都会导致待定位节点装置在50ms内没有收到回复测距帧。那么该节点会延迟T3＝100ms后重发一次测距开始帧，最多重试两次，重试两次依然失败后，则放弃对该锚点装置的操作，直接到步骤8进行下一锚点操作。由于此处采用三边测距定位法，因此步骤5中的最低响应锚点数量设置为4，多预留一个锚点装置。因为如果最低设置为三个锚点回复，那么如果其中有一个重发两次之后仍然失败，直接进行下一锚点操作的话，只有两个有效锚点了。因此选择4个，多预留一个锚点装置作为替补。

步骤8，测距完成后，该锚点装置和待定位节点装置切换回LoRa通信模式。待定位节点装置重复步骤5-步骤7流程，直至与所有响应锚点测距完成。

步骤9，待定位节点装置将收到的定位数据以数据帧的形式发送给网关，定位数据包含节点ID，锚点数量M＝3，锚点1的ID，锚点1的RSSI值，锚点1测距值，锚点2的ID，锚点2的RSSI值，锚点2测距值，锚点3的ID，锚点3的RSSI值，锚点3测距值。

步骤10，网关再将定位数据附加上时间信息后传输给定位服务器。

步骤11，定位服务器根据网关传输过来的关于待定位节点的定位数据信息，通过室内定位算法，这里室内定位算法采用的是三边测距定位算法，利用3个测距值计算得到其二维坐标，并将定位数据、时间信息和生成的二维坐标保存在数据库中，在二维平面地图上显示出来。

步骤12，定位服务器将计算得到的二维坐标和时间信息发送给网关，通过网关再发回到待定位节点装置上面，以备后续需求。

所述的一种基于LoRa SX1280的一种特定的工作协议帧格式如图5所示。具体地，上述工作协议流程中所包含的广播定位请求消息帧，回复广播帧，测距开始帧，回复测距帧，数据帧这5种帧均满足图5所示帧格式。用于图4所述工作协议流程的正常运作，再通过这种应用层帧通信的过程中，每当待定位节点装置和锚点装置收到帧时，均会通过解析该帧的控制码，来判断帧的类型，从而进行相应处理。

具体地，图5所示特定的工作协议帧格式，具体指应用层帧。一个帧由1字节控制码，4字节目标ID地址，4字节源ID地址，1字节数据长度，数据域组成。

其中控制码由1个字节组成，从高到低第8位D7-D6代表传输方向，其中01表示由锚点装置传到待定位节点，00表示从待定位节点传到锚点装置，10表示从待定位节点传到网关，11表示从网关传到待定位节点；D5位保留未使用，默认为0；D4-D2位表示命令帧命令标识，仅在帧类型为命令帧时有效，其中001表示的是广播消息帧，010表示的是测距开始帧，100表示的是数据帧；D1-D0位表示帧类型，其中01表示命令帧，10表示应答帧(回复帧)。

其中4字节目标ID地址和4字节源ID地址均由SX1280模块设备所特有。

其中1字节数据长度指数据域的长度。

其中数据域只有当待定位节点将定位数据(数据帧)发送给网关时使用，数据域包含(锚点数量M，锚点1ID，锚点1RSSI值，锚点1测距值，…，锚点M ID，锚点M RSSI值，锚点M测距值)。其中，锚点数量为1字节；RSSI值为1字节：是真实的RSSI值去掉负号转成16进制保留；测距值为2字节：是真实的测距值保留一位小数，并乘以10，转成16进制保留。而在其他4种帧格式：广播定位请求消息帧，回复广播帧，测距开始帧，回复测距帧的情况下，数据域保留未使用。明显地，当数据域为空时，数据长度即为0。

具体地，假设待定位节点的ID地址为0xFDAB1234(以下均为16进制表示)，区域内有3个锚点装置ID地址依次为0x00000001，0x00000002和0x00000003。网关ID为0xABCDEFGH

那么按照具体实施例1中的步骤3所述，待定位节点装置发送的广播定位请求消息帧，以图5所述应用层帧的形式可以表示为：05 FF FF FF FF FD AB 12 34 00。此处由于广播定位请求帧是全网广播，因此设置的4字节目标ID地址采用SX1280默认的FF FF FF FF。

以锚点1为例，按步骤4所述的锚点1的回复广播帧可以表示为：46 FD AB 12 3400 00 00 01 00，这里4字节目标ID地址是FD AB 12 34表示只有ID地址为0xFDAB1234的设备能收到此回复广播帧。同理，步骤5所述的测距开始帧可以表示为：09 00 00 00 01 FDAB 12 34 00。步骤6所述的锚点发送的回复测距帧可以表示为4A FD AB 12 34 00 00 0001 00。

假设测距完成之后，按上述步骤9所述的定位数据包含(节点ID＝0xFDAB1234，锚点数量M＝3，锚点1ID＝0x00000001，锚点1RSSI值＝-66，锚点1测距值为9.8，锚点2ID＝0x00000002，锚点2RSSI值＝-70，锚点2测距值为12.5，锚点3ID＝0x00000003，锚点3RSSI值＝-85，锚点3测距值为30.5)，那么对应的数据域应为：03 00 00 00 01 42 00 62 00 0000 02 46 00 7D 00 00 00 03 55 01 31。

所以待定位节点发送的数据帧格式为：91 AB CD EF GH FD AB 12 34 16 03 0000 00 01 42 00 62 00 00 00 02 46 00 7D 00 00 00 03 55 01 31。

此外，本具体实施案例2中以室内物品追踪为场景，定位服务器中的定位算法则采用指纹定位算法为例进行说明。如图7所示：在某一楼层平面图中，需要追踪一个移动物体(安装待定位节点装置)，见图中黑色矩形表示。图中黑色三角形表示部署的固定锚点装置，如图所示，锚点装置数量为4。黑色圆圈表示网关。

具体地，由于具体实施案例2中定位服务器中的定位算法采用的是指纹定位算法，这里的工作步骤分为两个阶段：离线采集阶段，在线定位阶段。

阶段1，离线采集阶段：在某一室内环境中，首先将待定位区域进行网格划分，如图7虚线所示，每一个小区域作为指纹参考点区域，在每一个小区域处均匀分布地用待定位节点装置按如下所述的工作协议流程的步骤2-步骤8采集T次定位数据，T＝100。定位数据包含(节点ID，锚点数量M，锚点1ID，锚点1RSSI值，锚点1测距值，锚点2ID，锚点2RSSI值，锚点2测距值…锚点M ID，锚点M RSSI值，锚点M测距值)。可以有选择的将定位数据作为指纹数据(比如单独把所有RSSI值或测距值作为指纹数据，也可把所有RSSI值和测距值相融合作为一种特殊的指纹数据)，将指纹数据和该指纹参考点中心位置坐标作为指纹训练集存入数据库，并利用机器学习算法习得指纹数据和坐标值的离线训练模型。

步骤1，在某一室内环境中，首先按区域部署数个所述固定的锚点装置。部署锚点装置的位置根据实际室内环境确定，锚点装置由市电供电，且初始工作于LoRa通信模式，如图7所示这里锚点装置数量为4，LoRa通信模式的工作参数选择如下：扩频因子SF＝10，带宽BW＝1600KHz，编码率CR＝4/5，发送功率Tx Power＝13dbm，数据率Data Rate＝12.7kb/s。

步骤2，在需要追踪的物品上，如图7中黑色矩形所示，安装我们的待定位节点装置，所述待定位节点装置起始处于休眠状态，可由两种方式唤醒：主动唤醒，节点移动，可由振动传感器检测节点是否移动，触发外部中断唤醒，唤醒之后每隔一定时间发起定位；被动唤醒，需要由定位服务器知道节点的ID，发起寻呼唤醒。

步骤3，唤醒之后，待定位节点装置进入LoRa通信模式，广播定位请求消息帧。广播定位请求消息帧之后，待定位节点装置进入一个T1＝150ms的等待时间，等待周围锚点装置回应。LoRa通信模式的工作参数和步骤1保持一致。

步骤4，锚点装置收到待定位节点发送的广播定位请求消息帧后，发送回复广播帧以响应待定位节点，回复广播帧内包含锚点自身的唯一ID。由于广播定位请求消息帧是LoRa的全网广播，因此所有使用SX1280模块的设备都会收到该帧。这里有一个容错机制，如果是其他的待定位节点装置收到广播帧后，会根据帧格式的定义来判断帧类型，如果判断为广播定位请求消息帧，则不作任何处理或回复，直接过滤。帧格式的判断同样可以根据图5所述来判断。

步骤5，待定位节点装置在150ms的时间内收到周围锚点装置的响应回复帧之后，判断响应的锚点数量，并根据锚点回复帧的RSSI值从高到低进行排序，并逐一发送测距开始帧，测距开始帧的目的是通知其准备切换成LoRa测距引擎从机模式准备进行测距。待定位节点装置发送完测距开始帧之后，进入一个T2＝50ms的等待时间。

步骤6，锚点装置收到测距开始帧之后，会发送回复帧。然后自身切换为LoRa测距引擎从机模式，等待主机发起测距；

步骤7，而如果待定位节点装置在50ms的等待时间内收到了回复帧，则切换为测距引擎主机模式，发起测距；但如果步骤6中该锚点没有收到测距开始帧，或未成功发送回复测距帧给待定位节点装置，都会导致待定位节点装置在50ms内没有收到回复测距帧。那么该节点会延迟T3＝100ms后重发一次测距开始帧，最多重试两次，重试两次依然失败后，则放弃对该锚点装置的操作，直接到步骤8进行下一锚点操作。

步骤8，测距完成后，该锚点装置和待定位节点装置切换回LoRa通信模式。待定位节点装置重复步骤5-步骤7流程，直至与所有响应锚点测距完成。

步骤9，待定位节点装置将收到的定位数据以数据帧的形式发送给网关，定位数据包含(节点ID，锚点数量M，锚点1ID，锚点1测距值，锚点2ID，锚点2测距值…锚点M ID，锚点M测距值)，

步骤10，网关再将定位数据附加上时间信息后传输给定位服务器。

步骤11，定位服务器根据网关传输过来的关于待定位节点的定位数据信息，通过室内定位算法，这里室内定位算法采用的是指纹定位算法，可以输入由机器学习算法构建的离线训练模型，得到其二维坐标，并将定位数据、时间信息和生成的二维坐标保存在数据库中，在二维平面地图上显示出来。

步骤12，定位服务器将计算得到的二维坐标和时间信息发送给网关，通过网关再发回到待定位节点装置上面，以备后续需求。

阶段2，在线定位阶段：实时利用待定位节点装置采集到的定位数据，输入由阶段1构建好的离线训练模型，得到二维坐标。

具体步骤按照如上所述的工作协议流程的步骤2-步骤12，此处不予累述。

最后，以上述具体实施例为启示，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于LoRa SX1280的室内定位装置，其特征在于包括待定位节点装置、锚点装置、网关、定位服务器；

所述的待定位节点装置是指需要定位的具体装置，可配置于一切可移动设备上；待定位节点装置采用SX1280模组、独立天线、振动传感器、电池供电；

所述的锚点装置是指在指定地方固定安放的装置，用于负责和待定位节点装置之间的通信，辅助完成待定位节点装置的定位相关信息收集；所述的定位相关信息包含LoRa通信模式下的RSSI值和LoRa测距引擎模式下的测距值；锚点装置采用SX1280模组、独立天线、市电供电；

所述的网关即集中器，用于数据传输；汇总了待定位节点装置传来的具体定位相关信息，并将汇聚的定位相关信息附加时间信息后发送给定位服务器；网关采用微控制器(MCU)、SX1280模组、独立天线、市电供电；

所述的定位服务器包含一种定位模块及数据库；定位模块用于生成室内的二维地图和运行定位算法，用于根据网关发送而来的关于某待定位节点的定位相关信息，计算得到待定位节点装置的二维坐标，显示在地图上；并根据场景需要决定是否通过网关将定位得到的二维坐标和时间信息发送回待定位节点装置；数据库则负责保存地图信息、锚节点和待定位节点装置的标识和坐标信息，以及定位时间相关信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于LoRa SX1280的室内定位装置，其特征在于该室内定位装置具体实现过程如下：

首先，室内定位装置以特定的工作方式运行，用于获取包含RSSI值和测距值的定位数据，并且返回定位结果，具体的：

在室内环境中，首先按区域部署N个所述固定的锚点装置；部署锚点装置的位置根据实际室内环境确定，锚点装置由市电供电，且初始工作于LoRa通信模式。

3.根据权利要求2所述的一种基于LoRa SX1280的室内定位装置，其特征在于待定位节点装置起始处于休眠状态，可由两种方式唤醒：主动唤醒，节点移动时由振动传感器检测节点移动后触发外部中断唤醒，唤醒之后每隔一定时间T发起定位；被动唤醒，需要由定位服务器知道节点的ID，发起寻呼唤醒；

当待定位节点装置唤醒之后，待定位节点装置进入LoRa通信模式，然后待定位节点装置广播定位请求消息帧；随后待定位节点装置进入一个T1毫秒的等待时间，等待周围锚点装置回应；

所有的待定位节点装置、锚点装置、网关均能够收到广播的定位请求消息帧。

4.根据权利要求3所述的一种基于LoRa SX1280的室内定位装置，其特征在于锚点装置收到待定位节点装置发送的广播定位请求消息帧后，发送回复广播帧以响应待定位节点装置，回复广播帧内容包含锚点装置ID、帧类型和待定位节点装置ID；其它待定位节点装置收到锚点装置的回复广播帧后，将回复广播帧中的待定位节点装置ID与自身ID进行匹配，若ID不相同，则不作任何处理或回复，直接过滤。

5.根据权利要求4所述的一种基于LoRa SX1280的室内定位装置，其特征在于待定位节点装置在T1毫秒时间内收到锚点装置的回复广播帧之后，按锚点装置响应的回复广播帧的RSSI值高低排序，并根据RSSI值从高到低逐一对RSSI值对应的锚点装置，发送测距开始帧通知对应锚点装置切换成LoRa测距引擎从机模式；当发送测距开始帧发送后，待定位节点装置进入一个T2毫秒的等待时间；对应锚点装置收到测距开始帧后，则会给对应待定位节点装置发送一个回复测距帧，然后自身进入LoRa测距引擎从机模式。

6.根据权利要求5所述的一种基于LoRa SX1280的室内定位装置，其特征在于待定位节点装置在T2毫秒时间内收到对应锚点装置的回复测距帧后，则进入LoRa测距引擎主机模式，然后发起测距，获取当前待定位节点装置与该锚点装置之间的测距值；如果待定位节点装置与对应锚点装置之间没有全部完成指定通信过程，都会导致待定位节点装置在T2毫秒内没有收到回复测距帧，该待定位节点延迟T3毫秒后再重发一次测距开始帧；重试两次依然失败后，则放弃对该锚点装置的操作，直接到选择下一锚点进行发起测距操作。

7.根据权利要求6所述的一种基于LoRa SX1280的室内定位装置，其特征在于当该锚点装置的测距完成后，该锚点装置和待定位节点装置都切换回LoRa通信模式；待定位节点选择下一锚点装置发起测距操作，直到与所有响应的锚点装置测距完成；

所述的指定通信过程是指指待定位节点装置发送测距开始帧到收到回复测距帧的过程；

进一步，当全部测距完成后，待定位节点装置将收到的定位数据以数据帧的形式发送给网关，所述定位数据包含待定位节点装置ID、响应的锚点装置数量M、响应的锚点装置1的ID、响应的锚点装置1的测距值、响应的锚点装置2的ID、响应的锚点装置2的测距值…响应的锚点装置M的ID、响应的锚点装置M的测距值；网关再将此数据帧附加上时间信息后传输给定位服务器。

8.根据权利要求7所述的一种基于LoRa SX1280的室内定位装置，其特征在于定位服务器根据网关传输过来的关于待定位节点装置的定位数据信息，利用定位算法得到待定位节点装置所在位置的二维坐标，并将定位数据、时间信息和生成的二维坐标保存在数据库中；并根据应用需要决定，是否显示到二维平面地图上和将定位结果返回给待定位节点装置。

9.根据权利要求8所述的一种基于LoRa SX1280的室内定位装置，其特征在于对广播定位请求消息帧、回复广播帧、测距开始帧、回复测距帧以及数据帧的帧格式定义如下：

首先，广播定位请求消息帧、回复广播帧、测距开始帧、回复测距帧以及数据帧均属于应用层帧；

其次，应用层帧由1字节的控制码，4字节的目标ID，4字节的源ID，1字节的数据长度和数据域组成；

通过这种应用层帧通信，每当待定位节点装置、锚点装置或者网关收到帧时，均会通过解析该控制码来进行相应处理。