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【摘 要 】一个基于Zigbee技术的无线实时移动终端定位系统,并设计利用CC2430芯片组建的网络拓扑结构实现Zigbee网络,对结构中的部件分别定义不同的功能,利用各节点所发送信号的RSSI值与距离关系的原理设计实现Zigbee参考节点距离测算算法及其优化算法,有效计算到移动终端距离各参考节点的位置,最终实现无盲点定位系统,
【关 键 词 】ZigbeeRSSICC2430芯片定位系统
1硬件设计与定位算法
1.1硬件设计
定位试验平台主要由ZigBee无线网络与控制单元两部分组成.ZigBee无线网络是基于IEEE802.15.4技术标准和ZigBee网络协议而设计的无线数据传输网络,包括1个网关（作用相当于ZigBee的协调器,负责整个定位无线网络服务、协调,以及网络状态检查等）、3个以上的参考节点（为已知位置的节点,并且其物理位置固定不变）和1个定位节点（其位置随时变化,由CC2431硬件定位引擎通过接收参考节点的RSSI值经过固有定位算法计算而得）.
Zigbee协议栈负责定义Zigbee网络的组网标准、层次结构、通讯数据包格式、命令和状态集等.Zigbee协议栈是由Zigbee标准组织定义的,从下到上覆盖了硬件抽象层、MAC层以及网络层的所有模组.无线定位应用模块负责控制Zigbee设备进行各种与无线定位相关的操作,如启动无线定位、发起无线定位请求、配置定位参数等.
1.2定位算法
接收到参考节点的信号强度后,定位节点独自计算所得信号的传播损耗,基于理论与经验模型将其转化为有效距离,最后利用已有算法得到定位节点的具体位置.接收信号强度理论值为：RSSI等于-（1Onlga+A）.式中,d为到发射器之间的距离；n为信号传播常量；A为在1米处接收到信号的强度.
要获取一次定位信息,大致需要下面3个过程：
（1）定位网络的建立及设置.协调器在上电后就开始查询附近可以接入的参考节点及盲节点,当发现设备后,便可以通过上位机对它们进行设置.协调器对参考节点和盲节点的查询是通过广播配置请求实现；
（2）盲节点的定位.盲节点在收到定位请求后,便开始广播XY_RSSI获取请求,各参考节点收到请求后将分别发送响应信息给盲节点.通过这些响应信息,盲节点可以获得各参考节点的位置坐标信,同时还可以读到每个响应消息的RSSI值,从而根据这些信息,通过定位引擎,便可以实现盲节点的定位.
（3）定位信息的获取.协调器根据用户的需求可以主动或者定期发送位置信息获取请求给盲节点,由其汇报位置信息给协调器,并在上位机进行显示.
2系统全局实现
2.1系统硬件连接
每个参考节点（Ref）接上天线,并连接电池盒,并把每个节点放置到已规划好的定位区域上对应设置好的位置,各节点根据节点坐标摆放.
给盲节点（Blind node）接上天线,并连接电池盒.移动模块最好在参考节点构建的范围内.
将网关节点插入网络扩展板中,用RS232串口线和PC机连接.协调器,它充当网关作用,负责整个定位网络的创建和维持,同时负责与盲节点通信,随时获取盲节点的位置信息.它后面与电脑主机相联,通过特定的应用程序,将盲节点的位置信息和网络的状态信息随时汇报给使用者,实现定位应用.
2.2监控软件设置
本系统选用了一款第三方监控软件,该软件由TI公司开发并提供,有比较高的可靠性,并能与CC2430/2431比较好地配合.
2.3测试分析
在实际的测试场所对该系统进行了测试,测试结果表明所设计的系统达到了预期的要求,系统的定位精度可以满足室内人员等移动目的定位应用要求,系统具有较高的定位速度、较低的功耗和低廉的系统成本,具有较高的实用价值.
3总结与展望
通过Zigbee协议组成网络,利用CC2431内置的定位引擎,实现各个节点的定位,最终构成一个无线定位系统.该系统与其他定位系统相比,具有价格低廉,部署方便等优点.在系统架构的设计中,紧密围绕无线定位系统的两个关键问题,对系统组网的拓扑结构及系统的组成做了详细讨论和设计.
详细设计从硬件和软件两个方面着手,对整个系统的实现做了详细的说明,并着重从本文的核心――定位软件方面进行讨论,充分阐述了系统的三个重要组成部分：盲节点、参考节点、协调器的软件设计思路和需要注意的问题,其中还涉及一些技巧性设计方法,以改善定位的精度.
总之,本文证明了基于Zigbee技术的无线实时定位系统是可行的,可以作为现行定位系统的重要补充,解决室内和有遮挡物的空间内的定位问题.