CN206402454U - 一种基于ZigBee技术的室内定位系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于ZigBee 技术的室内定位系统，该系统由四个 Zigbee 模块组建而成，其中一个为协调器ZC；另外三个为终端设备，终端设备ZE1、终端设备ZE2、终端设备ZE3；网络拓扑结构为星形结构，协调器ZC为盲点，另外三个终端设备为参考节点，位置已知；终端设备ZE1通过串口通信连接上位机。相比主流的 GPS 定位而言，本实用新型一种基于ZigBee 技术的室内定位系统，具有成本低，功耗低，更便于在复杂环境下工作的优点。并且该系统适合家庭的使用，方便家庭的操作，也方便人们的生活。
Description
技术领域
本实用新型一种基于ZigBee技术的室内定位系统，涉及ZigBee技术定位领域。
背景技术
目前，ZigBee技术系统使用了各种定位算法如：三边测量定位算法、最大似然估计定位算法、场景指纹定位算法、基于到达时间(TOA)的定位算法、到达时间差(TDOA)算法和基于到达角度(AOA)算法。其中三边测量定位算法是根据空间节点之间三边信息关系，对未知节点进行定位，但该算法的缺点是只有当锚节点的位置信息精准是，才能准确的定位物品的位置，因此在实际测量中，肯定存在误差，这样导致结果很不准确；最大似然估计定位算法是需要多次建立锚节点，利用多个已知节点到未知节点的距离信息来确定盲节点坐标的，其主要缺点是计算量变大；场景指纹定位算法是先要建立场强数据库，再根据移动节点实时接收到的场强数据，与数据库场强数据库进行匹配，得到目标所在点的位置。其缺点有两个：第一：信号强度指纹只记录了接收点的信号强度信息，信息量较少，因此那些依赖模型参数的信号强度匹配方法还是需要依赖一定的信道传播模型的，而室内环境一般都十分复杂，信道传播的选取和参数估计误差都会产生较大的定位误差；第二：基于信号强度匹配的定位方法的定位精度还受限于另外一个因数，那就是参考节点的个数，参考节点的个数越多，其定位精度越高，但一方面造成成本增加，另一方面参考节点的增加也无法从跟本上解决基于信号强度匹配方法的定位精度问题。而对于TOA、TDOA、AOA算法虽然定位精度高，但是需要额外的的硬件设备，使得成本较高、体积变大、安装调试不方便。
发明内容
本实用新型提供一种基于ZigBee技术的室内定位系统，具备结构简单、成本低、体积小、安装调试方便的优点。
本实用新型采取的技术方案为：
一种基于ZigBee技术的室内定位系统，该系统由四个Zigbee模块组建而成，其中一个为协调器ZC；另外三个为终端设备，终端设备ZE1、终端设备ZE2、终端设备ZE3；网络拓扑结构为星形结构，协调器ZC为盲点，另外三个终端设备为参考节点，位置已知；终端设备ZE1通过串口通信连接上位机。
所述协调器ZC：用于组建网络，并周期性地发送广播数据包；
所述终端设备ZE2：用于接收到协调器ZC发送的广播数据包时，获取此数据报的RSSI值RSSI2，然后将RSSI2通过广播的方式发送给终端设备ZE1；
所述终端设备ZE3：用于获取协调器ZC发送的数据包的RSSI3，然后发送给终端设备ZE1；
所述终端设备ZE1：一方面接收终端设备ZE2和终端设备ZE3发送过来的RSSI2、RSSI3；另一方面接收协调器ZC发送的广播数据包获取其中的RSSI1；然后周期性地将RSSI1、RSSI2、RSSI3通过串口发送到上位机，上位机进行进一步的处理。
所述上位机包括STM32MINI开发板，STM32MINI开发板连接LCD显示模块，STM32MINI开发板上设有USB接口，用于同zigbee进行连接，实行USB转串口的通信。
所述四个Zigbee模块均采用cc2530芯片。
相比主流的GPS定位而言，本实用新型一种基于ZigBee技术的室内定位系统，具有成本低，功耗低，更便于在复杂环境下工作的优点。并且该系统适合家庭的使用，方便家庭的操作，也方便人们的生活。
附图说明
图1为本实用新型系统的连接示意图。
图2为本实用新型系统的硬件模块连接图。
图3为本实用新型系统的下位机节点ZE2，ZE3工作流程图。
图4为本实用新型系统的下位机节点ZE1工作流程图。
图5为本实用新型系统的上位机工作流程。
具体实施方式
一种基于ZigBee技术的室内定位系统，该系统由四个Zigbee模块组建而成，其中一个为协调器ZC；另外三个为终端设备，终端设备ZE1、终端设备ZE2、终端设备ZE3；网络拓扑结构为星形结构，协调器ZC为盲点，另外三个终端设备为参考节点，位置已知；终端设备ZE1通过串口通信连接上位机。
本实用新型提供一种基于ZigBee技术的室内定位系统，采用两个平台的开发，对于下位机平台就是zigbee节点，在上位机部分采用的是STM32MINI开发板。
所述协调器ZC：用于组建网络，并周期性地发送广播数据包；
所述终端设备ZE2：用于接收到协调器ZC发送的广播数据包时，获取此数据报的RSSI值RSSI2，然后将RSSI2通过广播的方式发送给终端设备ZE1；
所述终端设备ZE3：用于获取协调器ZC发送的数据包的RSSI3，然后发送给终端设备ZE1；
所述终端设备ZE1：一方面接收终端设备ZE2和终端设备ZE3发送过来的RSSI2、RSSI3；另一方面接收协调器ZC发送的广播数据包获取其中的RSSI1；然后周期性地将RSSI1、RSSI2、RSSI3通过串口发送到上位机，上位机进行进一步的处理。
所述上位机包括STM32MINI开发板，STM32MINI开发板连接LCD显示模块，STM32MINI开发板上设有USB接口，用于同zigbee进行连接，实行USB转串口的通信。
所述四个Zigbee模块均采用cc2530芯片。
zigbee模块接收到RSSI之后，通过引脚连接之后的串口通信发送给上位机，在STM32MINI开发板上面进行基于三角定位算法的计算进行定位，然后在LCD显示模块显示位置节点位置。
RSSI(Received Signal Strength Indicator)指的是接收到的信号量强度值。它的实现是在反向通道基带接收滤波器之后进行的。
RSSI的数学定义为：
RSSI＝10lgP 功率P的单位是毫瓦
接收距离与RSSI的关系为：
d＝10^((ABS(RSSI)-A)/(10*n))
其中d表示接收距离。ABS()表示求绝对值。A表示绝对值n是路径耗损指数，这个值取决于环境。如果事先取得接收器在1米时的接收信号强度A，多次在确定的距离上获取RSSI值代入到上述式子就可以获得路径耗损指数n的平均值。获取A与n的值，知道了RSSI就可以求出发射器与接收器的距离了。在一个平面上，一个Zigbee模块作为接收器，接收到同样是Zigbee模块的发射器发送的数据报，得到接收信号强度RSSI，推算出发射器与接收器的距离，如果接收器的位置是确定知道，那么发射器的可能的位置集合在平面就是以接收器为圆心，距离d为半径的一个圆了。那么有三个这样的接收器就可以唯一确定发射器在平面上的位置。
串口通信：
由于本实用新型专利的上位机使用的是STM32MINI开发板，而且在开发板上面设有USB接口，可以同zigbee进行连接实行USB转串口的通信。因此只能来实施STM32与zigbee的串口通信，而根据STM32和cc2530的芯片原理图，得到其串口引脚分别为PA9(RX),PA10(TX)和P02(RX)，P03(TX)，然后通过跳线连接它们的串口如图2所示。从而实施串口通信，这种方法相对来说传输速度更快，数据更稳定。
工作流程：
系统工作流程主要是下位机节点ZE2，ZE3工作流程、下位机节点ZE1以及上位机流程；具体流程如图3、图4、图5。下位机节点ZE2，ZE3工作流程，主要是在协调器ZC开启网络之后，ZE2和ZE3加入网络进行组网的步骤，因为ZE1需要通过串口通信把RSSI值传送给上位机。
Claims (2)
1.一种基于ZigBee 技术的室内定位系统，其特征在于：该系统由四个 Zigbee 模块组建而成，其中一个为协调器ZC；另外三个为终端设备，终端设备ZE1、 终端设备ZE2、 终端设备ZE3；网络拓扑结构为星形结构，协调器ZC为盲点，另外三个终端设备为参考节点，位置已知；终端设备ZE1通过串口通信连接上位机；
所述协调器ZC：用于组建网络，并周期性地发送广播数据包；
所述终端设备ZE2：用于接收到协调器 ZC 发送的广播数据包时，获取此数据报的RSSI 值 RSSI2 ，然后将 RSSI2通过广播的方式发送给终端设备 ZE1；
所述终端设备 ZE3：用于获取协调器ZC 发送的数据包的 RSSI3， 然后发送给 终端设备ZE1；
所述终端设备 ZE1：一方面接收终端设备 ZE2 和 终端设备ZE3发送过来的 RSSI2、RSSI3；另一方面接收协调器 ZC 发送的广播数据包获取其中的 RSSI1；然后周期性地将RSSI1、RSSI2、RSSI3 通过串口发送到上位机，上位机进行进一步的处理；
所述四个 Zigbee 模块均采用cc2530芯片。
2.根据权利要求1所述一种基于ZigBee 技术的室内定位系统，其特征在于：所述上位机包括STM32MINI开发板，STM32MINI开发板连接LCD显示模块，STM32MINI开发板上设有USB接口，用于同zigbee进行连接，实行USB转串口的通信。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105739468A (zh) * | 2016-03-03 | 2016-07-06 | 浙江大学 | 一种基于Zigbee和智能手环的智能家居系统及其方法 |
| CN113872711A (zh) * | 2021-03-12 | 2021-12-31 | 天翼智慧家庭科技有限公司 | 一种通过Zigbee协议进行设备位置自动建模的方法 |
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| CN105739468B (zh) * | 2016-03-03 | 2018-05-01 | 浙江大学 | 一种基于Zigbee和智能手环的智能家居系统及其方法 |
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