本文關鍵詞：基于ZigBee技術室內定位系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)

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【摘要】：在室外定位系統(tǒng)中全球定位系統(tǒng)(GPS)已經取得廣泛成功。與此同時,在室內場所中人們的活動也越來越豐富多樣,所以能夠極大提高生活質量的室內定位系統(tǒng)亟待發(fā)展和普及。例如,在一個博物館的游客,我們可以為他提供他所看到的展品的信息,這樣的服務都取決于他在博物館的位置。還有,尤其是對特殊人員、貴重資產的高效管理以及室內監(jiān)測等都需要一個能夠穩(wěn)定提供準確位置信息的室內定位系統(tǒng)。目前常見的室內定位技術中,具有低功耗、低成本并且靈活性較高的ZigBee技術成為近幾年研究的熱點,但在定位精度、系統(tǒng)實時性和可操作性方面的不足,導致室內定位系統(tǒng)無法大規(guī)模普及。本文首先對目前室內定位技術的研究和發(fā)展現(xiàn)狀進行了探討和分析,并對ZigBee技術和定位算法進行了深入研究,提出了具有自己特色的定位算法。采用以ZigBee無線通信網絡為技術核心并選擇位置指紋與三角之心算法的定位方案,分析了實驗場景下信號強度的統(tǒng)計特征,從統(tǒng)計結果入手,進行ZigBee信號測距的可行性分析,優(yōu)化了基于接收的信號強度指示(RSSI)的測距方程。進而對定位過程中RSSI測距和實時定位的兩個階段進行改進。提出了一種基于ZigBee采用改進的位置指紋法和優(yōu)化的參考節(jié)點布局方案完成定位,設計并編寫了上位機運行程序。最終實現(xiàn)了基于ZigBee技術的室內定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括硬件和軟件兩個方面,具體工作內容如下:硬件方面:根據系統(tǒng)要求結合用戶需求,設計并制作了無線網絡硬件節(jié)點實物。其中,重點設計并制作了電源電路和天線電路。電源電路采用電池與適配器兩種供電模式,天線采用50Ω阻抗匹配2.4GHz設計。最后設計增加了節(jié)點外殼,使硬件節(jié)點更加美觀,使用方便。軟件方面:基于Visual Stidio 2013 MFC平臺設計編寫系統(tǒng)上位機。結合用戶需求實現(xiàn)了定位監(jiān)視、串口控制、人員統(tǒng)計、人員管理和人員位置信息等功能。通過ODBC接口連接SQL Server數(shù)據庫,對人員信息與RSSI列表進行存儲管理。算法方面:從分析采樣數(shù)據的數(shù)據特征入手,對測距方程進行修正。采用一種優(yōu)化參考節(jié)點布局方案,一定程度上消除了環(huán)境干擾因數(shù)和參數(shù)A的影響、提高位置指紋的匹配效率和準確度。設計了定位系統(tǒng)用戶操作界面,進行了實驗驗證。最后實驗結果表明:基于ZigBee平臺采用位置指紋方法定位法和優(yōu)化的參考節(jié)點布局方案提高了精度,二者有機結合后使定位精度提高達到1.5m左右,且相對已有算法基本維持了算法時間復雜度而較小的增大了空間復雜度。采用的參考節(jié)點組網布局方案,確定了最優(yōu)參考點間距,使相同的定位區(qū)域使用盡可能少的參考節(jié)點,節(jié)省成本的同時提高了位置指紋的匹配效率和準確度。
【關鍵詞】：定位算法 CC2530 RSSI測距 MFC
【學位授予單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN92
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 緒論12-16
• 1.1 課題研究背景及意義12-13
• 1.2 室內定位系統(tǒng)國內外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 課題研究的內容和論文結構安排14-16
• 第2章 室內定位技術16-29
• 2.1 用戶需求分析16-17
• 2.2 室內定位技術原理17-18
• 2.2.1 基于測量距離的定位原理17
• 2.2.2 基于非測距的定位原理17-18
• 2.3 室內定位相關技術研究18-23
• 2.3.1 基于紅外室內定位技術19
• 2.3.2 基于超聲波的室內定位技術19-20
• 2.3.3 基于Wi-Fi的室內定位技術20
• 2.3.4 基于射頻識別技術的室內定位技術20-22
• 2.3.5 基于超寬帶技術的室內定位技術22
• 2.3.6 基于ZigBee技術的室內定位技術22-23
• 2.4 基于ZIGBEE室內定位算法研究23-28
• 2.4.1 近似匹配算法23-24
• 2.4.2 幾何定位法原理24-26
• 2.4.3 基于ZigBee技術的位置指紋定位法26-28
• 2.5 本章小結28-29
• 第3章 ZIGBEE節(jié)點開發(fā)平臺及相關技術研究29-41
• 3.1 ZIBEE芯片CC253029-31
• 3.1.1 CC2530簡介29
• 3.1.2 系統(tǒng)節(jié)點硬件設計29-31
• 3.2 節(jié)點軟件開發(fā)平臺31-32
• 3.3 Z-STACK協(xié)議棧體系結構32
• 3.4 網絡設備以及拓撲結構32-34
• 3.4.1 網絡設備類型32-33
• 3.4.2 網絡拓撲結構33-34
• 3.5 基于RSSI測距的算法研究34-38
• 3.5.1 RSSI測距原理模型34
• 3.5.2 數(shù)據特性分析34-38
• 3.6 參考點定位布局優(yōu)化布局38-40
• 3.7 本章小結40-41
• 第4章 室內定位系統(tǒng)的軟件設計41-51
• 4.1 引言41
• 4.2 上位機開發(fā)平臺41-42
• 4.3 上位機軟件界面42-43
• 4.4 上位機程序處理實現(xiàn)43-48
• 4.4.2 算法實現(xiàn)與位置顯示45-47
• 4.4.3 串.通信實現(xiàn)47-48
• 4.5 數(shù)據庫模塊48-50
• 4.5.1 數(shù)據庫訪問技術簡介48
• 4.5.2 數(shù)據庫整體設計48-50
• 4.6 本章小結50-51
• 第5章 室內定位系統(tǒng)整體框架設計51-55
• 5.1 引言51
• 5.2 定位系統(tǒng)整體架構與設計方法51-52
• 5.2.1 系統(tǒng)的總體結構51
• 5.2.2 系統(tǒng)的工作流程介紹51-52
• 5.3 節(jié)點工作機制52-55
• 第6章 系統(tǒng)實驗及結果分析55-61
• 6.1 實驗測試環(huán)境55-56
• 6.2 系統(tǒng)設置56-58
• 6.3 定位測試結果分析58-60
• 6.4 誤差分析60
• 6.5 定位算法的改進60-61
• 第7章 總結和展望61-63
• 7.1 本文總結61
• 7.2 工作展望61-63
• 致謝63-64
• 參考文獻64-67
• 附錄 167

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據庫 前3條

1 陸軍;南余榮;;基于接收信號強度指示加權融合的質心定位算法[J];工業(yè)控制計算機;2013年10期

2 張竣淞;劉冬梅;;ZigBee技術在圖書館環(huán)境自動監(jiān)測方面的應用[J];華北科技學院學報;2013年01期

3 ;首款手機室內地磁定位導航系統(tǒng)無需藍牙信號或Wi-Fi[J];黑龍江科技信息;2014年16期

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本文編號：1083335