一种基于RSSI和Zigbee技术的定位方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于RSSI和Zigbee技术的定位方法和系统，其中该方法包括定位装置发送Zigbee网络联入申请信号；定位参考装置接收联入申请信号，返回准入信号；定位装置确认准入信号，并发射测距信号；定位参考装置接收到测量距离的信号，返回定位信号；定位装置计算位置坐标。该系统包括定位启动模块，定位装置发送Zigbee网络联入申请信号；定位参考模块，接收联入申请，返回准入信号；定位发射模块，确认准入信号，发射测距信号；定位参考处理模块，接收到测距信号，返回定位信号；定位处理模块，接收定位信号并计算位置坐标。本发明专利技术使用Zigbee技术作为通信手段，基于RSSI值来计算距离，采用合理的优化方法和修正措施，显著提高定位的精度。

Positioning method and system based on RSSI and Zigbee Technology

The present invention discloses a positioning method and system based on Zigbee and RSSI, wherein the method comprises a positioning device connected to the Zigbee network to apply for reference signal; positioning device receives signal into the application, return the access signal; positioning device to confirm access signal, and emit ranging signal; positioning reference device receives the signal measuring distance, return the positioning signal positioning device to calculate the position coordinates. The system comprises a positioning start module, positioning device to send the Zigbee network for positioning signal; the reference module into the receiving application, return the access signal; positioning transmitter module, confirm the access signal, transmit ranging signal; positioning reference processing module, the received ranging signal, position signal; positioning processing module, receiving positioning signals and calculate the position coordinate. The invention uses the Zigbee technology as the communication method, calculates the distance based on the RSSI value, and adopts the reasonable optimization method and the correction measure to improve the positioning precision.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于RSSI和Zigbee技术的定位方法和系统，属于定位测量领域。
技术介绍
随着一些诸如会展中心，室外活动场所的发展，人员在大型场合运动的时候，可以根据人员的位置情况，提供必要的指引和服务。比如在游客游览景点时，可通过对游客进行定位，向游客提供对应景点的资讯服务。再比如在展览会上，通过手持定位设备可获知参展者的位置，以提供与其位置相应的展台的相关信息，可供参展者参考，也可提供更生动、更全面、更立体的资讯信息。另外，还可以通过建立基于定位的交互系统和用户交流平台，使设备使用者可以和相应的资讯点进行互动交流，或者与其他同时在使用该设备的用户进行交流。像这样的技术服务，可称为资讯供应与交互系统，即通过获取使用者的位置信息，提供相应的资讯服务，以提高用户体验和资讯服务质量。现有定位技术中，例如GPS系统等定位系统，存在免费用户精度较低，付费用户成本较高，多层场所高度定位缺陷等问题。ZigBee技术作为一种新兴的短距离无线通信技术，由于它低成本、低功耗、低复杂性等优越性。Zigbee的协议简单，对硬件的要求比蓝牙、UWB、Wifi都要小，传输速率适中，正好适合数据量小的定位应用。Zigbee的定位精度高、低成本、低功耗、结构简单、易维护、具备自组网能力，特别适用于多节点的无线定位系统。而目前，通过提高Zigbee定位精度的方法主要是通过增加定位节点以及优化节点布局。增加定位节点势必会增加硬件成本、算法复杂度以及维护成本。而优化节点布局则会受到具体环境条件的限制，优化成本高，优化程度有限。专利技术内容本专利技术使用的是三边定位的方法，在一个二维坐标系统中,需要用到三个参考点的距离才能唯一确定一个点的坐标。实际操作中，由于Zigbee信号干扰，接收机和发射机的误差等因素，会对定位精度产生影响。为了克服上述问题，本专利技术在使用三边定位的方法的基础上，优化了算法，以达到提高精度的目标。针对现有技术存在的问题，提出了本专利技术的技术方案。本专利技术一方面提供一种基于RSSI和Zigbee技术的定位方法，包括以下步骤：定位装置发送Zigbee网络联入申请信号，Zigbee网络联入申请信号包括定位装置ID和联网指令；定位参考装置接收定位装置的Zigbee网络联入申请信号，并返回Zigbee网络准入信号；定位装置确认Zigbee网络准入信号，并发射用于测量距离的测距信号；定位参考装置接收到测距信号之后，记录信号强度值(RSSI值)并返回定位信号；定位装置接收定位信号并启动定位模块计算自己的位置坐标。优选地，信号的通信过程使用Zigbee技术。优选地，Zigbee网络包括：定位参考装置组，由数个定位参考装置组成，其中，定位参考装置用于提供自身的位置坐标信息并测量定位装置发射的测距信号的信号强度值(RSSI值)；定位修正装置组，由数个定位修正装置组成，其中，定位修正装置用于发射测距信号、接收定位参考装置返回的定位信号并启动定位模块计算自己的位置坐标。优选地，定位信号包括定位参考装置测量到的信号强度值(RSSI值)和定位参考装置的位置坐标信息。优选地，定位模块在计算自己与定位参考装置的距离之前，还包括加载参数文件，参数文件包括定位参考装置和定位修正装置的位置坐标的信息，信号强度值(RSSI值)与定位参考装置的距离关系表和位置算法。优选地，所述的位置算法：设定定位装置的位置坐标为(x0,y0)；三个定位参考装置的位置坐标为(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)；由所述信号强度值(RSSI值)与定位参考装置的距离关系表得到的定位装置到三个定位参考装置的距离d1,d2,d3；定位参考装置和定位装置的位置关系为：(x1-x0)2+(y1-y0)2＝d12；(x2-x0)2+(y2-y0)2＝d22；(x3-x0)2+(y3-y0)2＝d32。优选地，定位模块计算自己的位置坐标包括以下步骤：A、从接收到的信号强度值(RSSI值)中选取数值最大的三个，记录其所代表的定位参考装置的位置坐标；B、根据参数文件的距离关系表和位置算法，求出定位装置的初始位置坐标；C、进行定位装置的初始位置坐标误差修正，求出位置坐标。优选地，步骤B还包括信号强度值(RSSI值)的优化：在5秒钟内通过重复采样，对采样的信号强度值(RSSI值)求平均值，算出平均值的位置坐标(X4,Y4)；在5秒钟内通过重复采样，对采样的信号强度值(RSSI值)进行位置计算，根据正态分布原理剔除误差较大的点后计算位置坐标的平均值(X5,Y5)；求以上两步的平均值，即初始位置坐标为X＝(X5+X4)/2，Y＝(Y4+Y5)/2。优选地，步骤C通过以下方法实现：根据已得出的初始位置坐标，选取一个位置临近的定位修正装置，使其发射测距信号，并接收周围定位参考装置返回的定位信号；定位修正装置解析返回的定位信号，通过定位模块计算出位置坐标；将定位模块计算出的位置坐标和定位修正装置的实际坐标比较，得到位置坐标误差量；初始位置坐标与位置坐标误差量相加，得到位置坐标，即修正过的定位装置的位置坐标。本专利技术的另一方面，提供一种基于RSSI和Zigbee技术的定位系统，其特征在于，包括：定位启动模块，配置为使定位装置发送Zigbee网络联入申请信号，Zigbee网络联入申请信号包括定位装置ID和联网指令；定位参考模块，配置为使定位参考装置接收定位装置的Zigbee网络联入申请信号，并返回Zigbee网络准入信号；定位发射模块，配置为使定位装置确认Zigbee网络准入信号，并发射用于测量距离的测距信号；定位参考处理模块，配置为使定位参考装置接收到测距信号之后，记录信号强度值(RSSI值)并返回定位信号；定位处理模块，配置为使定位装置接收定位信号并启动定位模块计算自己的位置坐标。本专利技术的有益效果为：使用低成本、低功耗、低复杂性Zigbee技术作为通信手段，基于信号强度值(RSSI值)来计算距离，采用合理的优化方法和修正措施，显著提高定位的精度。附图说明图1所示为根据本专利技术第一实施例的Zigbee网络；图2所示为根据本专利技术第二实施例的信号强度值(RSSI值)的优化；图3所示为根据本专利技术第二实施例的定位装置的位置坐标误差修正方法；图4所示为根据本专利技术第三实施例的一种资讯供应与交互系统的Zigbee定位过程。具体实施方式RSSI(ReceivedSignalStrengthIndication)是在已知发射节点的发射信号强的前提下，利用传播距离和信号强度成反比，即一一对应的性质，通过得知接收信号的强度，利用模型计算出发射节点和接收节点的距离。在本例中，发射节点便是资讯获得者，也就是游客或者参展者或者游览者，接收节点就是定位参考装置。根据本专利技术的第一实施例，为一种基于RSSI和Zigbee技术的定位方法，包括以下步骤：定位装置发送Zigbee网络联入申请信号，Zigbee网络联入申请信号包括定位装置ID和联本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于RSSI和Zigbee技术的定位方法，包括：定位装置发送Zigbee网络联入申请信号，Zigbee网络联入申请信号包括定位装置ID和联网指令；定位参考装置接收定位装置的Zigbee网络联入申请信号，并返回Zigbee网络准入信号；定位装置确认Zigbee网络准入信号，并发射用于测量距离的测距信号；定位参考装置接收到测距信号之后，记录信号强度值(RSSI值)并返回定位信号；定位装置接收定位信号并启动定位模块计算自己的位置坐标。

【技术特征摘要】
1.一种基于RSSI和Zigbee技术的定位方法，包括：
定位装置发送Zigbee网络联入申请信号，Zigbee网络联入申请信号包括定位装置ID和
联网指令；
定位参考装置接收定位装置的Zigbee网络联入申请信号，并返回Zigbee网络准入信号；
定位装置确认Zigbee网络准入信号，并发射用于测量距离的测距信号；
定位参考装置接收到测距信号之后，记录信号强度值(RSSI值)并返回定位信号；
定位装置接收定位信号并启动定位模块计算自己的位置坐标。
2.根据权利要求1所述的一种基于RSSI和Zigbee技术的定位方法，其特征在于，所述
信号的通信过程使用Zigbee技术。
3.根据权利要求1所述的一种基于RSSI和Zigbee技术的定位方法，其特征在于，所述
的Zigbee网络包括：
定位参考装置组，由数个定位参考装置组成，其中，定位参考装置用于提供自身的位置
坐标信息并测量定位装置发射的测距信号的信号强度值(RSSI值)；
定位修正装置组，由数个定位修正装置组成，其中，定位修正装置用于发射测距信号、
接收定位参考装置返回的定位信号并启动定位模块计算自己的位置坐标。
4.根据权利要求1所述的一种基于RSSI和Zigbee技术的定位方法，其特征在于，所述
的定位信号包括定位参考装置测量到的信号强度值(RSSI值)和定位参考装置的位置坐标信
息。
5.根据权利要求1所述的一种基于RSSI和Zigbee技术的定位方法，其特征在于，所述
的定位模块在计算自己与定位参考装置的距离之前，还包括加载参数文件，参数文件包括定
位参考装置和定位修正装置的位置坐标的信息，信号强度值(RSSI值)与定位参考装置的距
离关系表和位置算法。
6.根据权利要求5所述的一种基于RSSI和Zigbee技术的定位方法，其特征在于，所述
的位置算法：
设定定位装置的位置坐标为(x0,y0)；
三个定位参考装置的位置坐标为(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)；
由所述信号强度值(RSSI值)与定位参考装置的距离关系表得到的定位装置到三个定位
参考装置的距离d1,d2,d3；
定位参考装置和定位装置的位置关系为：
(x1-x0)2+(y1-y0)2＝d12；
(x2-x0)2+(y2-y0)2＝d22；
(x3...

【专利技术属性】
技术研发人员：周国富，李沛洋，李光耀，刘先明，王利，易子川，
申请(专利权)人：深圳市国华光电研究院，深圳市国华光电科技有限公司，华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44