基于蓝牙的室内消防定位系统研究与设计
发布时间：2021-11-28 21:49
随着城市化进程不断加快,大型建筑数量日益增多,且空间结构更加复杂。一旦发生火灾,其救援难度和危险性越来越大。因此,如何建立一个高效、稳定的室内消防定位系统变得尤为重要。传统的室内消防定位系统主要依赖于单兵消防定位设备,效率低、成本高、便携性差,无法得到大规模应用。所以,本文从室内消防定位实际需求出发,提出了一套基于蓝牙的室内消防定位系统,并从定位节点设计和定位算法设计两方面进行研究,构建了一个高效、稳定的室内消防定位系统。本文主要工作内容如下:（1）系统总体设计:研究室内定位领域相关技术成果,分析室内消防定位系统需求,并根据相关室内消防设计标准,提出系统总体设计框架。（2）系统定位节点设计:定位节点采用单节点双端设计方案,主要包括射频模块、电源模块、下载调试模块等,在Altium Designer软件中完成节点电路原理图及PCB设计,并制作定位节点实物进行测试。（3）系统定位算法设计:分析和对比目前典型的室内定位算法,并结合本文室内消防定位背景,在传统室内定位算法基础上提出了改进的四边定位算法。通过对移动终端接收的节点RSSI数据进行测距及定位计算,确定目标所在位置。（4）系统定位测试...
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
系统研究技术路线图
方面，目前的室内定位系统大多针对大型室内环境定位，系统节点均使用单节点设计，且均部署在室内房间等位置，在楼道等逃生通道没有系统性的定位节点部署，因此达不到消防室内定位的效果和要求。所以本论文设计了一套基于蓝牙的室内消防定位系统，有效的解决了单兵设备成本高、实用性低以及传统室内定位系统在消防运用上的不足等问题。蓝牙室内消防定位系统根本目的是让消防救援人员能够实时掌握救援现场情况及自身位置信息，提高救援效率，同时保障自身的生命安全。针对室内消防定位系统的设计需求，将系统分为三部分，如下图2.1所示。系统包含蓝牙节点模块设计、定位算法改进以及定位算法测试与优化。（1）蓝牙节点模块设计。利用蓝牙技术特点，结合室内消防定位特殊环境背景，采用单节点双端的蓝牙定位节点设计。在一个蓝牙定位节点上设计两个反向独立的蓝牙射频信号发射端，使得移动终端能够同时接收到一个节点上的两个不同方向的蓝牙信号，从而在简化系统布局的同时也提高了系统定位精度以及系统稳定性。（2）定位算法改进。对传统室内定位算法进行对比分析，根据消防定位特殊环境背景，并结合系统硬件单节点双端的节点设计，在传统定位算法基础上进行改进，使得定位算法满足室内消防定位系统设计需求。（3）定位算法优化与测试。根据室内消防系统需求，合理部署蓝牙定位节点，组建蓝牙室内消防定位网络，并利用改进的室内定位算法进行室内定位测试，经过不断的测试和优化使得系统更加稳定可靠。图2.1消防定位系统结构图由图2.1可知，系统工作流程为：首先，在测试地点合理部署蓝牙定位节点，
所有蓝牙应用产品的开发都需要遵循该协议标准，使蓝牙应用产品达到该协议的要求。目前低功耗蓝牙技术的应用主要分为两种，一种是基于连接，另一种是基于非连接。基于连接是通过建立GATT(GenericAttributeProfile)连接进行数据的收发，主要分为两方，其中发起连接的中心设备称为Central，被连接的外设设备称为Peripheral；而基于非连接是外设和周边设备不发生连接，外设依赖周边设备发出的BLE（BluetoothLowEnergy)广播,也叫做Beacon，同样分为两方，发送广播的广播者称为Broadcaster，监听广播的监听者称为Observer。在如图2.2所示的基于非连接的网络拓扑结构中，广播者主要负责定时向外发射广播信号，监听者主要负责不断扫描环境中的广播信号并接收，从而形成单向的星型无线网络结构。该网络拓扑结构中可以同时有多个外设，也可以同时有多个监听者。根据蓝牙协议可知，广播信号发射只在37、38、39三个频道进行，因此监听者只能在同一时刻跳到同一频道，才能接收到广播信号。在一个非连接网络拓扑结构中，广播者在被外界监听者唤醒后，对外不断发射广播信息，与此同时监听者在三个频道不断扫描广播信号，从而实现信息的接收。系统在没有监听者时，即外设节点在设定的时间内没有接收到外界监听者的唤醒信号时，广播者就开启休眠模式，从而减少系统电量消耗，提高系统整体续航时间，实现低功耗。图2.2基于非连接结构图如图2.3为基于连接网络拓扑结构。主要由一个中心设备和多个外设设备组成。在该网络结构中，中心设备通过与外设设备进行连接实现双向通讯，并且一
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于低功耗蓝牙信标的室内定位方法研究[J]. 刘振远,侯明祥,方维维,李阳阳,路红英. 中国电子科学研究院学报. 2018(05)
[2]基于RSSI的室内定位技术综述[J]. 张宝山,童紫原,唐守锋,童敏明,徐朝亮. 计算机时代. 2018(07)
[3]基于低功耗蓝牙的室内定位技术研究[J]. 卢燕,栗勇军. 测控技术. 2018(04)
[4]基于Wi-Fi的室内定位技术研究[J]. 刘键. 信息通信. 2018(02)
[5]室内低功耗蓝牙定位系统的设计与实现[J]. 祁亚楠,陈昕,付尧,刘楷杰. 通讯世界. 2018(01)
[6]一种基于蓝牙技术的室内强险救生定位系统（英文）[J]. 杨张利. 机床与液压. 2017(24)
[7]基于ZigBee的室内定位系统设计[J]. 刘毅,李瑞祥,施伟斌,吉彩云. 数据通信. 2017(05)
[8]基于智能手机的室内定位技术的发展现状和挑战[J]. 陈锐志,陈亮. 测绘学报. 2017(10)
[9]基于蓝牙技术的室内二阶段定位算法研究[J]. 张莲,刘增里,李云昊,陈玲. 电子世界. 2017(18)
[10]增强型蓝牙技术在消防室内位置信息业务的应用[J]. 盛建国. 信息通信. 2017(01)
硕士论文
[1]基于位置指纹的WIFI室内定位研究[D]. 王亚涛.南京邮电大学 2018
[2]基于WIFI室内定位系统的研究[D]. 谢泽亮.长春工业大学 2018
[3]基于惯性导航技术的消防救援定位系统设计[D]. 张仲.哈尔滨理工大学 2018
[4]蓝牙室内定位系统的研究与实现[D]. 许春璐.杭州电子科技大学 2018
[5]基于蓝牙的室内定位系统设计与实现[D]. 王谦.东华大学 2017
[6]基于RSSI的隧道人员定位系统研究[D]. 梁鹏.长安大学 2017
[7]基于粒子群优化的无线传感器网络定位算法的研究[D]. 张传.吉林大学 2017
[8]基于BLE室内定位关键技术研究与开发[D]. 陶佳峰.昆明理工大学 2017
[9]基于蓝牙低功耗的室内定位算法改进与系统实现研究[D]. 胡思健.华南理工大学 2017
[10]建筑物内部火灾应急导航定位系统的设计与研究[D]. 吴晨霞.苏州大学 2016
本文编号：3525206
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
系统研究技术路线图
方面，目前的室内定位系统大多针对大型室内环境定位，系统节点均使用单节点设计，且均部署在室内房间等位置，在楼道等逃生通道没有系统性的定位节点部署，因此达不到消防室内定位的效果和要求。所以本论文设计了一套基于蓝牙的室内消防定位系统，有效的解决了单兵设备成本高、实用性低以及传统室内定位系统在消防运用上的不足等问题。蓝牙室内消防定位系统根本目的是让消防救援人员能够实时掌握救援现场情况及自身位置信息，提高救援效率，同时保障自身的生命安全。针对室内消防定位系统的设计需求，将系统分为三部分，如下图2.1所示。系统包含蓝牙节点模块设计、定位算法改进以及定位算法测试与优化。（1）蓝牙节点模块设计。利用蓝牙技术特点，结合室内消防定位特殊环境背景，采用单节点双端的蓝牙定位节点设计。在一个蓝牙定位节点上设计两个反向独立的蓝牙射频信号发射端，使得移动终端能够同时接收到一个节点上的两个不同方向的蓝牙信号，从而在简化系统布局的同时也提高了系统定位精度以及系统稳定性。（2）定位算法改进。对传统室内定位算法进行对比分析，根据消防定位特殊环境背景，并结合系统硬件单节点双端的节点设计，在传统定位算法基础上进行改进，使得定位算法满足室内消防定位系统设计需求。（3）定位算法优化与测试。根据室内消防系统需求，合理部署蓝牙定位节点，组建蓝牙室内消防定位网络，并利用改进的室内定位算法进行室内定位测试，经过不断的测试和优化使得系统更加稳定可靠。图2.1消防定位系统结构图由图2.1可知，系统工作流程为：首先，在测试地点合理部署蓝牙定位节点，
所有蓝牙应用产品的开发都需要遵循该协议标准，使蓝牙应用产品达到该协议的要求。目前低功耗蓝牙技术的应用主要分为两种，一种是基于连接，另一种是基于非连接。基于连接是通过建立GATT(GenericAttributeProfile)连接进行数据的收发，主要分为两方，其中发起连接的中心设备称为Central，被连接的外设设备称为Peripheral；而基于非连接是外设和周边设备不发生连接，外设依赖周边设备发出的BLE（BluetoothLowEnergy)广播,也叫做Beacon，同样分为两方，发送广播的广播者称为Broadcaster，监听广播的监听者称为Observer。在如图2.2所示的基于非连接的网络拓扑结构中，广播者主要负责定时向外发射广播信号，监听者主要负责不断扫描环境中的广播信号并接收，从而形成单向的星型无线网络结构。该网络拓扑结构中可以同时有多个外设，也可以同时有多个监听者。根据蓝牙协议可知，广播信号发射只在37、38、39三个频道进行，因此监听者只能在同一时刻跳到同一频道，才能接收到广播信号。在一个非连接网络拓扑结构中，广播者在被外界监听者唤醒后，对外不断发射广播信息，与此同时监听者在三个频道不断扫描广播信号，从而实现信息的接收。系统在没有监听者时，即外设节点在设定的时间内没有接收到外界监听者的唤醒信号时，广播者就开启休眠模式，从而减少系统电量消耗，提高系统整体续航时间，实现低功耗。图2.2基于非连接结构图如图2.3为基于连接网络拓扑结构。主要由一个中心设备和多个外设设备组成。在该网络结构中，中心设备通过与外设设备进行连接实现双向通讯，并且一
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于低功耗蓝牙信标的室内定位方法研究[J]. 刘振远,侯明祥,方维维,李阳阳,路红英. 中国电子科学研究院学报. 2018(05)
[2]基于RSSI的室内定位技术综述[J]. 张宝山,童紫原,唐守锋,童敏明,徐朝亮. 计算机时代. 2018(07)
[3]基于低功耗蓝牙的室内定位技术研究[J]. 卢燕,栗勇军. 测控技术. 2018(04)
[4]基于Wi-Fi的室内定位技术研究[J]. 刘键. 信息通信. 2018(02)
[5]室内低功耗蓝牙定位系统的设计与实现[J]. 祁亚楠,陈昕,付尧,刘楷杰. 通讯世界. 2018(01)
[6]一种基于蓝牙技术的室内强险救生定位系统（英文）[J]. 杨张利. 机床与液压. 2017(24)
[7]基于ZigBee的室内定位系统设计[J]. 刘毅,李瑞祥,施伟斌,吉彩云. 数据通信. 2017(05)
[8]基于智能手机的室内定位技术的发展现状和挑战[J]. 陈锐志,陈亮. 测绘学报. 2017(10)
[9]基于蓝牙技术的室内二阶段定位算法研究[J]. 张莲,刘增里,李云昊,陈玲. 电子世界. 2017(18)
[10]增强型蓝牙技术在消防室内位置信息业务的应用[J]. 盛建国. 信息通信. 2017(01)
硕士论文
[1]基于位置指纹的WIFI室内定位研究[D]. 王亚涛.南京邮电大学 2018
[2]基于WIFI室内定位系统的研究[D]. 谢泽亮.长春工业大学 2018
[3]基于惯性导航技术的消防救援定位系统设计[D]. 张仲.哈尔滨理工大学 2018
[4]蓝牙室内定位系统的研究与实现[D]. 许春璐.杭州电子科技大学 2018
[5]基于蓝牙的室内定位系统设计与实现[D]. 王谦.东华大学 2017
[6]基于RSSI的隧道人员定位系统研究[D]. 梁鹏.长安大学 2017
[7]基于粒子群优化的无线传感器网络定位算法的研究[D]. 张传.吉林大学 2017
[8]基于BLE室内定位关键技术研究与开发[D]. 陶佳峰.昆明理工大学 2017
[9]基于蓝牙低功耗的室内定位算法改进与系统实现研究[D]. 胡思健.华南理工大学 2017
[10]建筑物内部火灾应急导航定位系统的设计与研究[D]. 吴晨霞.苏州大学 2016
本文编号：3525206
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