基于ZigBee技术室内定位系统的研究与实现

发布时间：2017-10-23 12:11

  本文关键词：基于ZigBee技术室内定位系统的研究与实现

  更多相关文章： 定位算法 CC2530 RSSI测距 MFC

【摘要】：在室外定位系统中全球定位系统(GPS)已经取得广泛成功。与此同时,在室内场所中人们的活动也越来越丰富多样,所以能够极大提高生活质量的室内定位系统亟待发展和普及。例如,在一个博物馆的游客,我们可以为他提供他所看到的展品的信息,这样的服务都取决于他在博物馆的位置。还有,尤其是对特殊人员、贵重资产的高效管理以及室内监测等都需要一个能够稳定提供准确位置信息的室内定位系统。目前常见的室内定位技术中,具有低功耗、低成本并且灵活性较高的ZigBee技术成为近几年研究的热点,但在定位精度、系统实时性和可操作性方面的不足,导致室内定位系统无法大规模普及。本文首先对目前室内定位技术的研究和发展现状进行了探讨和分析,并对ZigBee技术和定位算法进行了深入研究,提出了具有自己特色的定位算法。采用以ZigBee无线通信网络为技术核心并选择位置指纹与三角之心算法的定位方案,分析了实验场景下信号强度的统计特征,从统计结果入手,进行ZigBee信号测距的可行性分析,优化了基于接收的信号强度指示(RSSI)的测距方程。进而对定位过程中RSSI测距和实时定位的两个阶段进行改进。提出了一种基于ZigBee采用改进的位置指纹法和优化的参考节点布局方案完成定位,设计并编写了上位机运行程序。最终实现了基于ZigBee技术的室内定位系统。该系统包括硬件和软件两个方面,具体工作内容如下:硬件方面:根据系统要求结合用户需求,设计并制作了无线网络硬件节点实物。其中,重点设计并制作了电源电路和天线电路。电源电路采用电池与适配器两种供电模式,天线采用50Ω阻抗匹配2.4GHz设计。最后设计增加了节点外壳,使硬件节点更加美观,使用方便。软件方面:基于Visual Stidio 2013 MFC平台设计编写系统上位机。结合用户需求实现了定位监视、串口控制、人员统计、人员管理和人员位置信息等功能。通过ODBC接口连接SQL Server数据库,对人员信息与RSSI列表进行存储管理。算法方面:从分析采样数据的数据特征入手,对测距方程进行修正。采用一种优化参考节点布局方案,一定程度上消除了环境干扰因数和参数A的影响、提高位置指纹的匹配效率和准确度。设计了定位系统用户操作界面,进行了实验验证。最后实验结果表明:基于ZigBee平台采用位置指纹方法定位法和优化的参考节点布局方案提高了精度,二者有机结合后使定位精度提高达到1.5m左右,且相对已有算法基本维持了算法时间复杂度而较小的增大了空间复杂度。采用的参考节点组网布局方案,确定了最优参考点间距,使相同的定位区域使用尽可能少的参考节点,节省成本的同时提高了位置指纹的匹配效率和准确度。
【关键词】：定位算法 CC2530 RSSI测距 MFC
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN92
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-16
• 1.1 课题研究背景及意义12-13
• 1.2 室内定位系统国内外研究现状13-14
• 1.3 课题研究的内容和论文结构安排14-16
• 第2章 室内定位技术16-29
• 2.1 用户需求分析16-17
• 2.2 室内定位技术原理17-18
• 2.2.1 基于测量距离的定位原理17
• 2.2.2 基于非测距的定位原理17-18
• 2.3 室内定位相关技术研究18-23
• 2.3.1 基于红外室内定位技术19
• 2.3.2 基于超声波的室内定位技术19-20
• 2.3.3 基于Wi-Fi的室内定位技术20
• 2.3.4 基于射频识别技术的室内定位技术20-22
• 2.3.5 基于超宽带技术的室内定位技术22
• 2.3.6 基于ZigBee技术的室内定位技术22-23
• 2.4 基于ZIGBEE室内定位算法研究23-28
• 2.4.1 近似匹配算法23-24
• 2.4.2 几何定位法原理24-26
• 2.4.3 基于ZigBee技术的位置指纹定位法26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 ZIGBEE节点开发平台及相关技术研究29-41
• 3.1 ZIBEE芯片CC253029-31
• 3.1.1 CC2530简介29
• 3.1.2 系统节点硬件设计29-31
• 3.2 节点软件开发平台31-32
• 3.3 Z-STACK协议栈体系结构32
• 3.4 网络设备以及拓扑结构32-34
• 3.4.1 网络设备类型32-33
• 3.4.2 网络拓扑结构33-34
• 3.5 基于RSSI测距的算法研究34-38
• 3.5.1 RSSI测距原理模型34
• 3.5.2 数据特性分析34-38
• 3.6 参考点定位布局优化布局38-40
• 3.7 本章小结40-41
• 第4章 室内定位系统的软件设计41-51
• 4.1 引言41
• 4.2 上位机开发平台41-42
• 4.3 上位机软件界面42-43
• 4.4 上位机程序处理实现43-48
• 4.4.2 算法实现与位置显示45-47
• 4.4.3 串.通信实现47-48
• 4.5 数据库模块48-50
• 4.5.1 数据库访问技术简介48
• 4.5.2 数据库整体设计48-50
• 4.6 本章小结50-51
• 第5章 室内定位系统整体框架设计51-55
• 5.1 引言51
• 5.2 定位系统整体架构与设计方法51-52
• 5.2.1 系统的总体结构51
• 5.2.2 系统的工作流程介绍51-52
• 5.3 节点工作机制52-55
• 第6章 系统实验及结果分析55-61
• 6.1 实验测试环境55-56
• 6.2 系统设置56-58
• 6.3 定位测试结果分析58-60
• 6.4 误差分析60
• 6.5 定位算法的改进60-61
• 第7章 总结和展望61-63
• 7.1 本文总结61
• 7.2 工作展望61-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-67
• 附录 167

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 陆军;南余荣;;基于接收信号强度指示加权融合的质心定位算法[J];工业控制计算机;2013年10期

2 张竣淞;刘冬梅;;ZigBee技术在图书馆环境自动监测方面的应用[J];华北科技学院学报;2013年01期

3 ;首款手机室内地磁定位导航系统无需蓝牙信号或Wi-Fi[J];黑龙江科技信息;2014年16期

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本文编号：1083335