RFID技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 RFID技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)設(shè)計(jì) 圖4 CC2500 外圍電路原理圖 CC2500 通過(guò)4 線SPI 兼容接口（SI，SO，SCLK 和CSN）與PIC16F877A 相連，這個(gè)接口用作寫入和讀取數(shù)據(jù)。SI 為數(shù)據(jù)輸入線，SO 為數(shù)據(jù)輸出線，SCLK 為時(shí)鐘線，CSN 為片選信號(hào)線，低電平有效。SPI 接口的狀態(tài)控制線還包含一個(gè)讀/寫信號(hào)控制線。CC2500 的狀態(tài)存放器里指示一些系統(tǒng)的工作狀態(tài)信息。 2.3 電源模塊 RFID 室內(nèi)定位系統(tǒng)一般主要布置在樓宇、倉(cāng)儲(chǔ)建筑物等的內(nèi)部，有些具有移動(dòng)性，所以節(jié)點(diǎn)大多數(shù)需要采用電池供電，在元器件的選取中，盡量選擇低功耗器件

2、以降低系統(tǒng)功耗，2.43.6 V 的電壓可以使系統(tǒng)中所有的器件和模塊正常工作。因此，實(shí)際中采用與之電壓匹配的高能紐扣鋰電池作為供電電源。 2.4 電磁兼容與抗干擾設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)2.45 GHz 的RFID 系統(tǒng)時(shí)要考慮電磁兼容性（EMC），以保證讀寫器和標(biāo)簽在設(shè)定的電磁環(huán)境和規(guī)定的安全界限內(nèi)運(yùn)行。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，元件的選擇和電路設(shè)計(jì)是影響電磁兼容的重要因素，對(duì)于射頻通信模塊需要去耦電容來(lái)去除元件狀態(tài)轉(zhuǎn)換引起的噪聲電壓，并且要注意信號(hào)源和信號(hào)終端的阻抗匹配。PCB 上的導(dǎo)線同樣具有阻抗、電感、電容特性，因此在PCB 布局和布線也考慮了電磁兼容性等問(wèn)題。布局是按照信號(hào)流程放置元件， 盡量縮短元件之間的

3、連接，CC2500 底部通過(guò)多個(gè)過(guò)孔與地層連接。濾波電容盡量靠近器件放置，同時(shí)，為了抗電磁干擾，把數(shù)字電源和模擬電源、數(shù)字地和模擬地隔離開來(lái)。RFID 定位系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的布設(shè)位置應(yīng)盡量避開高大障礙物，以減少對(duì)電磁波的阻隔，影響傳輸性能。 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 3.1 定位算法的選擇 本RFID 定位系統(tǒng)采用LANDMARC 定位原理。LANDMARC定位算法適用于有源RFID 室內(nèi)定位。它將具有固定位置信息的標(biāo)簽作為定位系統(tǒng)中的坐標(biāo)參考點(diǎn)，通過(guò)參考點(diǎn)標(biāo)簽與移動(dòng)讀寫器之間的通信，獲取兩者之間的無(wú)線射頻信號(hào)強(qiáng)度值RSSI， 繼而獲取讀寫器與多個(gè)參考標(biāo)簽之間的RSSI 值，根據(jù)RSSI 與通信距離之間的對(duì)應(yīng)

4、關(guān)系，獲取讀寫器與多個(gè)參考標(biāo)簽之間的距離關(guān)系。LANDMARC 算法可以通過(guò)比較讀寫器與參考標(biāo)簽之間RSSI 值的大小來(lái)獲得離讀寫器距離近的幾個(gè)參考標(biāo)簽，然后根據(jù)這幾個(gè)鄰近參考標(biāo)簽的坐標(biāo)，并結(jié)合它們的權(quán)重，可計(jì)算出讀寫器的坐標(biāo)。 3.2 RFID 定位算法 無(wú)線信號(hào)的接收信號(hào)強(qiáng)度和信號(hào)傳輸距離的關(guān)系可以用式（1）來(lái)表示，其中RSSI 是接收信號(hào)強(qiáng)度，d 是收發(fā)節(jié)點(diǎn)之間的距離，n 是信號(hào)傳播因子。 由式（1）中可以看出，常數(shù)A 和n 的值決定了接收信號(hào)強(qiáng)度和信號(hào)傳輸距離的關(guān)系。射頻參數(shù)A 和n 用于描述網(wǎng)絡(luò)操作環(huán)境。射頻參數(shù)A 被定義為用dBm 表示的距發(fā)射器1 m時(shí)接收到信號(hào)平均能量的。如平均

5、接收能量為-40dBm，那么參數(shù)A 被定為40。射頻參數(shù)n 指出了信號(hào)能量隨著距收發(fā)器距離增加而衰減的速率，其數(shù)值的大小取決于無(wú)線信號(hào)傳播的環(huán)境。 RSSI 值受周圍環(huán)境的影響較大，具有時(shí)變特性，有時(shí)會(huì)偏離式（1）的描述，根據(jù)接收信號(hào)強(qiáng)度估計(jì)出的距離d 就會(huì)有較大誤差。通過(guò)大量數(shù)據(jù)分析，采用了-個(gè)噪聲模型，即環(huán)境衰減因素模型，可有效補(bǔ)償環(huán)境影響帶來(lái)的誤差，如式（2）所示。 上式中EAF（dBm）為環(huán)境影響因素，它的值取決于室內(nèi)環(huán)境，是靠大量的數(shù)據(jù)累積的經(jīng)驗(yàn)值。EAF（dBm）是一個(gè)隨機(jī)變量，但為了增強(qiáng)實(shí)用性，將其固定為-個(gè)值。通過(guò)大量比較實(shí)驗(yàn)環(huán)境下測(cè)得的RSSI 值與理想狀態(tài)下的RSSI 值，

6、得到試驗(yàn)環(huán)境EAF（dBm）大概為11 dBm，A 取值45，n 取值3.5。 在采集到RSSI 值后，依據(jù)式（2）就可以得到讀寫器到標(biāo)簽的距離， 通過(guò)LANDMARC 三邊測(cè)量定位算法就可以定位出讀寫器的位置。如圖5 所示。 圖5 三邊測(cè)量定位示意圖 假設(shè)標(biāo)簽1 的坐標(biāo)為p1（x1，y1），標(biāo)簽2 的坐標(biāo)為p2（x2，y2），標(biāo)簽3 的坐標(biāo)為p3（x3，y3），讀寫器坐標(biāo)為p（x，y）。則讀寫器坐標(biāo)計(jì)算公式為： 由式（2）可以計(jì)算出讀寫器的坐標(biāo)位置為： 3.3 RFID 定位系統(tǒng)的工作流程 定位算法以MPLAB IDE 7.4 為開發(fā)平臺(tái)，采用C 語(yǔ)言編寫，經(jīng)過(guò)編譯、連接后生成機(jī)器代碼，到讀寫器程序存儲(chǔ)器中。RFID 定位系統(tǒng)軟件流程圖如圖6 所示。 圖6 定位系統(tǒng)流程圖 4 結(jié)束語(yǔ)。 筆者介紹了一種基于PIC16F877A 和CC2500 的有源RFID 讀