CC2431无线定位系统的技术原理及设计

1 引言

无线定位技术是一种利用基于WiFi技术的RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）和传感器等设备，实现定位、追踪和监测特定目标的位置。AP将收集的Tag或MU信息发送到AeroScout公司的AeroScout Engine（下面简称为AE），通过AE进行位置计算，然后由AE将计算的位置数据传给图形软件。在图形软件上用户可以通过地图、表格或者报告等多种形式直观的获取物资的位置信息。无线定位可以应用于医疗监护、资产管理、物流等方面，协助用户高效地完成物资管理和监控。这里基于RSSI定位技术，详细介绍CC2431无线定位系统的构成、定位原理，并实现了基于CC2431无线定位系统的设计。

2 CC2431简介

CC2431以强大的IAR集成开发环境为支持，结合Zig-Bee协议栈、工具包和参考设计，展示领先的ZigBee解决方案，其产品广泛应用于汽车、工控系统和无线传感器网络等领域，同时也适用于ZigBee之外的2．4GHz频率的其他设备。CC2431的定位引擎基于RSSI技术．根据接收信号强度与已知参考节点位置准确计算出有关节点位置。然后将位置信息发送至接收端。

3 基于CC2431定位原理及实现

3．1 RSSI定位技术

RSSI是指节点接收到的无线信号强度大小。在基于RSSI的定位中，已知发射节点的发射信号强度，接收节点根据接收到信号的强度计算出信号的传播损耗。利用理论和经验模型将传输损耗转化为距离．并进一步利用三角定位法确定待定位节点位置。该技术硬件要求较低、算法相对简单，且一些通信协议中已携带有RSSI的信息，基于RSSI定位方法具有广泛的应用前景。

3．2 基于CC2431的定位系统

定位系统由参考节点和定位节点组成。参考节点是一个位于已知位置的静态节点，该节点确知自身的位置并可将其位置通过发送数据包通知其他参考节点。定位节点从参考节点处接收数据包信号，获得参考节点位置坐标及相应的RSSI值并将其送入定位引擎，然后读出由定位引擎计算得到的自身位置。

由参考节点发送给定位节点的数据包至少包含参考节点的坐标参数水平位置X和垂直位置Y。而RSSI值可由接收节点计算获得。图1为具体定位系统原理框图。

定位系统原理框图中各部分的作用：

（1）主机采用一台普通的PC，主机连接网关实现对整个网络的工作调度，编写的定位软件可实时观察各个定位节点和参考节点的运行情况。

（2）网关该网关用于组建一个ZigBeeWSN网络，并充当协调器，把定位节点坐标及外部环境参数传送给主机。

（3）参考节点在网络中充当路由器的角色。而且在定位系统中，它由用户指定固定坐标，并为定位节点提供该坐标和RSSI平均值。参考节点是一种已知静态节点，其坐标（x，y）是固定的，并且不参与定位计算，可由CC2430或CC2431器件实现。

（4）定位节点其内部具有定位引擎，能够根据参考节点提供的同定坐标和RSSI平均值计算出自身的精确位置（坐标），并把该坐标协同定位节点标识号发送给网关。

3．3 定位工作流程

定位节点（blindnode）是一类可移动的节点，可在参考节点包围的区域内任意移动。定位节点接收区域内所有参考节点的RSSI值后，通过定位算法来计算其坐标位置。定位节点南CC2431器件实现。采用该器件，可实现0．25m的定位分辨率和3m左右的定位精度，定位时间小于40μs。图2是参考节点工作流程图，图3为定位节点工作流程图。

4 ZigBee定位系统实验结果及分析

本实验在教学楼五楼实验室进行：长×宽＝8．13m×8．10m，使用6个参考节点和1个定位节点，各参考节点坐标设置如图4所示。参考节点旁边的数字为节点编号，6个参考节点（黑色的为参考节点）坐标依次为（单位为m）：1（8．00，8．00），99（12．00，8．00），101（16．00，8．00），10（8．00，16．00），16（12．00，16．00），98（16．00，16．00）。

表l为本次实验所测的数据，（x，y）为定位节点的实际所处位置的坐标，（x1，y1）为上位机GUI软件所测的定位节点坐标数据。一共测得21组数据，如表1所示。

图5是根据相关通信协议编写的上位机无线定位软件ZWS_lum的界面，黑色的点代表参考节点，白色的点代表定位节点。当定位节点靠近或远离参考节点时，在程序中可以清楚的看到相应的定位效果。

该软件不仅可以显示实际的组网信息，而且还可以：对于参考节点，显示其X、Y坐标，并可以修改在平面区域的X、Y坐标，然后刷新到该拓扑图上，这样可以根据实际定位区域的需要来布置参考节点；对于定位节点，可以显示其在平面区域的实时位置信息，表1中的坐标（x1，y1）信息就是通过该软件获取得到的。

5 结语

CC2430／2431是一款针对无线传感器网络ZigBee／IEEE802．15．4的片上系统（SoC）解决方案，其硬件定位引擎具有硬件设备要求低、定位精度高的特点，很好地满足了市场需求。通过合理布设参考节点，该系统可应用在楼内、地下、隧道等场所实现高精度室内定位，因此，基于ZigBee的无线定位技术在未来将会有很好的发展及应用。