ZigBee-RSSI無線車輛定位系統(tǒng)

“智蹤”ZIgBee-RSSI無線車輛定位系統(tǒng)一、1.1項(xiàng)目簡介：“智蹤”無線RSSI車輛定位系統(tǒng)是一個能夠?qū)崿F(xiàn)在短距離、復(fù)雜的信號環(huán)境中將目標(biāo)進(jìn)行精準(zhǔn)定位的技術(shù)。1.2系統(tǒng)功能簡介：利用ZigBee定位技術(shù)將城市中公交、地鐵等交通車輛進(jìn)行精確定位，并能夠及時的將其坐標(biāo)反饋給控制中心，從而達(dá)到對交通系統(tǒng)進(jìn)行更好的調(diào)配即更好的利用資源，車輛也可通過RSSI技術(shù)獲知自身的座標(biāo)，可達(dá)到進(jìn)近提示和自動停車功能（地鐵）。1.3使用的技術(shù)：ZigBee無線定位技術(shù)，基于LINUX的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，C/C++編程，基于RSSI測距的無線定位算法等二、項(xiàng)目背景：國內(nèi)的類似系統(tǒng)的應(yīng)用情況：GPS定位系統(tǒng)是目前應(yīng)用最為廣泛的無線定位系統(tǒng)，但是其成本高，易受遮擋，容易受到干擾。GPS測量更適用于視野開闊、障礙物較少的新區(qū)建設(shè)、野外勘探定位等，在摩天大樓及地鐵等遮斷性的信號環(huán)境中，使用GPS測量，或者接收不到信號，或者雖接收到信號，但一直處于浮動狀態(tài)，出現(xiàn)假固定或者不能固定，因此所得數(shù)據(jù)往往誤差較大，既無效率，又無精度，不能顯示出GPS測量的優(yōu)越性。目前地鐵、公交等城市公共交通多采用的是GPS全球定位系統(tǒng)，全球定位系統(tǒng)GPS的出現(xiàn)使得無線定位技術(shù)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，定位精度得到大幅度提高，精度可達(dá)10米以內(nèi)。但是，當(dāng)需要定位的物體位于建筑物內(nèi)部，如辦公大樓、倉庫、礦道內(nèi)，或深埋于地下的地鐵，其定位精度就明顯下降了甚至無法進(jìn)行工作，且GPS有搭建復(fù)雜、耗材、易受干擾等弊端。因此，必須研究新的定位技術(shù)以彌補(bǔ)GPS的不足。針對現(xiàn)有定位系統(tǒng)的不足我們推出了基于ZigBee-RSSI無線定位技術(shù)的“智蹤”ZigBee-RSSI無線車輛定位系統(tǒng)。ZigBee技術(shù)又以其價格低、功耗低等一定的特點(diǎn)在市場上也占有了一定的優(yōu)勢，由于ZigBee技術(shù)是一門新推出的無線通信技術(shù)，仍有很大的發(fā)展前景，所以放眼未來，使用ZigBee技術(shù)做為無線定位系統(tǒng)的組網(wǎng)基礎(chǔ)無疑會成為未來無線定位系統(tǒng)很好的選擇。特點(diǎn)：低成本，低功耗，低速率，安全性好，工作在2.4GHZ頻段，組網(wǎng)靈活，網(wǎng)絡(luò)容量大，定位精確度高。（1）改進(jìn)：與GPS相比較，ZigBee-RSSI無線定位技術(shù)成本低，組網(wǎng)靈活，使用DSSS技術(shù)，信號穩(wěn)定性好且不易受到干擾。（2）適用范圍：各種復(fù)雜的信號環(huán)境，特別是信號遮斷環(huán)境下如地鐵、密集建筑、井下等車輛的精確定位。（3）創(chuàng)新點(diǎn)：1.采用CC2430/CC2431模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)參考/定位節(jié)點(diǎn)，開發(fā)基于Z-Stack協(xié)議棧的支持ZigBee協(xié)議的定位軟件系統(tǒng)。2.通過實(shí)地測量獲得距離與信號強(qiáng)度的關(guān)系，建立參考/定位節(jié)點(diǎn)的距離信號模型，應(yīng)用基于RSSI測距的定位算法，實(shí)現(xiàn)精確定位并能進(jìn)行智能報(bào)站3.利用小巧的ZigBee無線模塊，建立無線定位自組織網(wǎng)絡(luò)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)GPS等定位技術(shù)，不僅降低了成本而且可在地鐵，礦井等信號環(huán)境復(fù)雜的場合使用，大大拓展了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。4.使用了嵌入式Linux操作系統(tǒng)和QT/E界面下的多線程程序架構(gòu)開發(fā)出車輛的定位和控制程序，系統(tǒng)的實(shí)時性、人機(jī)交互界面優(yōu)秀。三、系統(tǒng)的功能詳細(xì)描述：本系統(tǒng)主要針對城市公交、地鐵等公共交通?？梢詫弧⒌罔F實(shí)行實(shí)時定位，以便于調(diào)度中心了解其在線（軌）運(yùn)行的情況。車輛也知道自身的位置座標(biāo)，當(dāng)公交、地鐵距離站點(diǎn)一定距離的時候車輛能自動報(bào)站和進(jìn)站定位，提醒需要下車或者轉(zhuǎn)乘的乘客做好準(zhǔn)備，公交、地鐵進(jìn)站時可以準(zhǔn)確的?？吭谡军c(diǎn)、并自動進(jìn)行報(bào)站提醒。四、定位系統(tǒng)簡介1）定位原理ZigBee-RSSI無線定位技術(shù)根據(jù)信號強(qiáng)度隨距離的增加而減小的原理，利用RSSI算法計(jì)算出定位節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，進(jìn)而對車輛進(jìn)行精確的定位。（系統(tǒng)功能展示圖如下：安裝一個定位節(jié)點(diǎn)（cc2431），定位節(jié)點(diǎn)每隔一定的周期（可在50-1000ms之間設(shè)置），發(fā)起一次定位過程。在定位過程（Find_evt）啟動后，定位節(jié)點(diǎn)不斷地向參考節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號強(qiáng)度測量請求（blast），周期為5ms,一個定位過程中共發(fā)送8次。參考節(jié)點(diǎn)每收到一次blast請求，將會計(jì)算從定位節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的信號強(qiáng)度（RSSI）,并將計(jì)算結(jié)果累加起來，存儲在單片機(jī)內(nèi)存中。在收到最后一次blast請求后，參考節(jié)點(diǎn)將會對前7次的RSSI求平均，算出最終的RSSI值，然后將其發(fā)送給移動節(jié)點(diǎn)。移動節(jié)點(diǎn)收到參考節(jié)點(diǎn)發(fā)過來的RSSI值后，將根據(jù)如下公式計(jì)算其與參考節(jié)點(diǎn)之間的距離：RSSI二（10n?Igd+A）由于系統(tǒng)中有多個參考節(jié)點(diǎn)（大于等于3個），定位節(jié)點(diǎn)會根據(jù)與各個參考節(jié)點(diǎn)的相對距離計(jì)算出自身座標(biāo)。系統(tǒng)中參考節(jié)點(diǎn)數(shù)量越多，定位節(jié)點(diǎn)計(jì)算出的坐標(biāo)越精確。定位節(jié)點(diǎn)算出自身的坐標(biāo)后，可將其通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)（WSN）,網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)連接計(jì)算機(jī)，可在上位機(jī)軟件中顯示實(shí)時地圖和車輛的實(shí)時位置。車輛定位系統(tǒng)精度取決于對信號傳播模型中的A、N參數(shù)的獲取，在本系統(tǒng)中，經(jīng)過反復(fù)的測量，獲得了較高的定位精度（20cm）。2）定位系統(tǒng)的組成一個ZigBee定位系統(tǒng)包括：1臺計(jì)算機(jī)（上位機(jī)可視化監(jiān)控）、1個網(wǎng)關(guān)、若干個參考節(jié)點(diǎn)、若干個定位節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)關(guān)協(xié)調(diào)器CC2430/CC2431負(fù)責(zé)ZigBee網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、負(fù)責(zé)與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)交換。

.參考節(jié)點(diǎn)路由器CC2430/CC2431提供一個固定坐標(biāo)、一個RSSI值、理論上參考節(jié)點(diǎn)越多精度越高。在ZigBee定位系統(tǒng)中，至少需要2至少需要2個以上參考節(jié)點(diǎn)。.定位節(jié)點(diǎn)路由器CC2431接收參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)及RSSI值，并計(jì)算自己位置。

RSSI算法簡介根據(jù)如下公式算出移動節(jié)點(diǎn)與參考節(jié)點(diǎn)的相對距離。技術(shù)的關(guān)鍵在于信號傳播模型的A參數(shù)和衰減指數(shù)N的測量。RSSI=(10n?Igd+A)RSSI值為信號強(qiáng)度，單位dBm.A為與發(fā)射端1m處的RSSI值，單位dBm.n為路徑損失指數(shù)，它指出了信號隨著到收發(fā)器距離的增加而衰減的速率。A值測量A典型值為45-46。

n為路徑損失指數(shù)，它指出了信號隨著到收發(fā)器距離的增加而衰減的速率。它受環(huán)境影響很大。在ZigBee定位不直接使用n，而使用N-index。n與N-index有一個對應(yīng)表。不同N值不同效果

n值測量由于n值受環(huán)境影響很大，要獲得一個正確的n值是非常困難的。最好的方法是現(xiàn)場安裝所有的參考節(jié)點(diǎn)，并一個一個地測試其值。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在ZigBee定位系統(tǒng)中n_index值位于15至25之間。無線定位流程圖

LoadcoordinateLoaded8coordinatepairs?/LOCENGEN=ILOCENG.REFLD=0LOCENG.PARLD=1]ReadLOCXTLOCYLoadcoordinateLoaded8coordinatepairs?/LOCENGEN=ILOCENG.REFLD=0LOCENG.PARLD=1]ReadLOCXTLOCYandLOCMINLOCENG.REFLD=IILoadreferencecoordinatepairsLOCENG.PARLD=OLOCENG.RUN=1LOCENG.EN=0LoadmeasuredparameterorzeroforunusedreferenceV；art定位軟件系統(tǒng)是基于TI公司的Z-Stack的ZigBee協(xié)議棧和IAR公司的IARWorkBench開發(fā)平臺，車輛控制軟件是基于ARM-Linux操作系統(tǒng)和QT/E軟件平臺。主要采用C語言進(jìn)行編程。于同一節(jié)點(diǎn)無線發(fā)射接收不能同時進(jìn)行，所以必須對發(fā)射接收進(jìn)行嚴(yán)格的時序控制，以確保不會丟失信號數(shù)據(jù)。對此，我們將單獨(dú)運(yùn)用一個節(jié)點(diǎn)控制時序，通過它對不同節(jié)點(diǎn)給出的握手信號，

定位軟件控制流程七、發(fā)展前景分析本無線定位系統(tǒng)能夠很好的適用于環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療護(hù)理、軍事應(yīng)用、汽車電子、目標(biāo)定位、智能家居等眾多領(lǐng)域。特別適合用于各種復(fù)雜的信號環(huán)境如深埋地下管道、地鐵、礦井以及建筑物內(nèi)部等遮蔽性強(qiáng)地方的移動物體的定位。隨著社會的不斷發(fā)展進(jìn)步，車輛也會更多的進(jìn)入千家萬戶，交通的壓力也將會越來越大，而人們對車輛定位系統(tǒng)的要求也會越來越高，現(xiàn)有的車輛定位系統(tǒng)將無法滿足更多人更高的要求。這就需要推出一種價格相對較低、定位精確度高、組網(wǎng)靈活的車輛定位系統(tǒng)。而基于ZigBee無線定位技術(shù)又以其價格低、功耗低，組網(wǎng)靈活等一系列的優(yōu)點(diǎn)備受人們關(guān)注，從而在市場上占有非常大的優(yōu)勢，有很多公司都相繼推出了ZigBee