一种基于ZigBee技术的定位系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于ZigBee技术的定位系统，涉及一种定位领域。此定位系统，包括参考节点模块、定位节点模块、网关和上位机‑服务器；所述参考节点的个数为6个，包括CC2430芯片的无线模块和电源，所述定位节点的个数为1个，包括CC2431芯片的无线模块和电源，所述的网关硬件平台包括选定的网络扩展主板和CC2430芯片，所述的上位机‑服务器包括数据库管理系统与定位系统；网关、参考节点、定位节点通过自组网建立ZigBee无线网络，在运行时，通过ZigBee无线网络，通过三者之间的相互通信，来实现对定位节点的位置确定。基于ZigBee的无线定位设计具有便捷可操作性强、灵敏度识别力强，开发价值较高，具有良好的应用前景和意义。

A positioning system based on ZigBee Technology

The invention discloses a positioning system based on ZigBee technology, which relates to a positioning field. This positioning system, including the reference node module, positioning module, gateway node and PC server; the number of the reference node is 6, the wireless module and the power supply includes a CC2430 chip, the number of the nodes is 1, the wireless module and the power supply includes a CC2431 chip, including the selected gateway hardware the network expansion board and the CC2430 chip platform, the PC server includes a database management system and positioning system; gateway, reference node, node localization by ad hoc network to establish ZigBee wireless network, in operation, through the ZigBee wireless network, the mutual communication between the three, to achieve the positioning of nodes position determination. The design of wireless location based on ZigBee has the advantages of convenience, operability, strong sensitivity, high development value, and has good application prospects and significance.

【技术实现步骤摘要】
一种基于ZigBee技术的定位系统
本专利技术涉及一种定位领域，更具体地说，涉及一种基于ZigBee技术的定位系统。
技术介绍
基于ZigBee的无线定位设计具有便捷可操作性强、灵敏度识别力强，高效率通信等突出优点，这些突出点使得该技术能在定位服务激增的时代保留了其不可替代的位置，发展迅猛，并迅速占领了一部分市场，开发价值较高，开发前景较广。传统概念中室内环境无法精准定位，无信号或有障碍物时信号收到干扰而造成的无法定位，而且现存的GPS定位对于环境信号等方面外界条件要求较高。ZigBee的无线定位设计利用无线组网技术，构造ZigBee网络，改善了传统概念中无法定位的不足，而且ZigBee定位的完成对环境的要求较低，即使是在室内或者较为复杂的环境也可完成。对于定位系统来说，最核心的技术是定位算法，传统的三边定位为一整片区域，误差较大，不能满足定位精度要求。因此，本专利技术采用六个参考节点，提出了多边定位算法，而且利用泰勒级数展开法和最小二乘法相结合的优化算法，利用迭代运算对定位节点的位置机械修正，进一步的提高定位精度。因此，针对现有技术的不足，提出一种基于ZigBee技术的定位系统。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于ZigBee技术的定位系统，通过对定位节点、参考节点和网关三部分硬件的配置和调试，在定位系统运行时，定位节点通过参考节点将其距离或角度等信息传递给网关，网关再把收集到的被定位节点的信息通过串口线传递给PC，在PC中，通过特定的定位算法及定位算法优化来实现对定位节点的位置确定。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案为：一种基于ZigBee技术的定位系统，包括参考节点模块、定位节点模块、网关和上位机-服务器；所述参考节点的个数为6个，包括CC2430芯片的无线模块和电源，所述定位节点的个数为1个，包括CC2431芯片的无线模块和电源，所述的网关硬件平台包括选定的网络扩展主板和CC2430芯片，所述的上位机-服务器包括数据库管理系统与定位系统；网关、参考节点、定位节点通过自组网建立ZigBee无线网络；基于ZigBee技术的定位系统系统采用无线测距技术RSSI(ReceivedSignalStrengthIndictor)作为关键技术对参考节点和定位节点之间的距离进行测量，在运行时，通过ZigBee无线网络，通过相应的网关获取定位节点和参考节点之间的信息，同时将相应信息通过串口传递给PC服务器，同时将通过特定的定位算法及定位算法优化处理的信息传给网关，再由网关传递给参考节点和定位节点，来实现对定位节点的位置确定。所述参考节点采用CC2430芯片中的无线模块，节点在的作用类似于网络中的路由器，通过相应的配置，对每一个系统的CC2430芯片配置唯一的位置坐标，同时设定相应的RSSI均值。每一个参考节点是在校园环境中进行静态配置的，其坐标是固定有效的。所述定位节点是系统中需要测量定位的节点，定位节点配置相应的CC2431芯片中的无线模块，CC2341芯片中包含有自带的可靠的定位引擎。所述的网关的硬件平台是由选定的网络扩展主板和CC2430芯片构成。所述的系统的软件设计包括下位机软件设计和上位机软件设计。所述下位机软件设计包括ZigBee2006协议栈、ZigBee的无线网络开发平台IARSystem、网关软件设计、参考节点和定位节点的设计。所述上位机软件设计包括上位机开发软件VS2010和定位软件Z-Location设计。所述的定位算法是多边定位法，具体的说是六边定位法。所述的定位优化算法采用泰勒级数展开法和最小二乘法相结合，同时利用迭代运算对定位节点的位置机械修正。采用本专利技术提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：(1)基于ZigBee技术的定位系统的定位算法，采用六边定位算法，比三边定位算法的定位精度高。(2)基于ZigBee技术的定位系统的定位优化算法，采用泰勒级数展开法和最小二乘法相结合，同时利用迭代运算对定位节点的位置机械修正，使得定位更精确。附图说明图1参考节点流程图。图2定位节点流程图。图3网关原理图。图4网关工作流程图。图5多边定位原理图。图6算法流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围作出更为清楚明确的界定。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。一种基于ZigBee技术的定位系统，包括参考节点模块、定位节点模块、网关和上位机-服务器；所述参考节点的个数为6个，包括CC2430芯片的无线模块和电源，所述定位节点的个数为1个，包括CC2431芯片的无线模块和电源，所述的网关硬件平台包括选定的网络扩展主板和CC2430芯片，所述的上位机-服务器包括数据库管理系统与定位系统；网关、参考节点、定位节点通过自组网建立ZigBee无线网络；基于ZigBee技术的定位系统系统采用无线测距技术RSSI(ReceivedSignalStrengthIndictor)作为关键技术对参考节点和定位节点之间的距离进行测量，在运行时，通过ZigBee无线网络，通过相应的网关获取定位节点和参考节点之间的信息，同时将相应信息通过串口传递给PC服务器，同时将通过特定的定位算法及定位算法优化处理的信息传给网关，再由网关传递给参考节点和定位节点，来实现对定位节点的位置确定。所述的参考节点通过相应的配置，对每一个系统的CC2430芯片配置唯一的位置坐标，同时设定相应的RSSI均值。每一个参考节点是在环境中进行静态配置的，其坐标是固定有效的，所以在系统中求解相应的移动节点时，可以不进行定位计算，在求解相应的移动节点时，可以根据选定的RSSI算法提供相应的信号强度和自己固定的坐标，为了使相应的数据与网关的传输过程中信号的稳定可靠，具体的参考节点的配置在系统的运行过程中要进行多次的调整。每一个参考节点的总体大致的工作流程如图1所示。所述的定位节点的设计，由于CC2341芯片中包含有自带的可靠的定位引擎，在系统运行过程中，通过相应的定位算法，通过网关接收多个参考节点的位置坐标和RSSI均值，同时利用选定的定位算法，通过多次的迭代计算得出自身最有可能的在环境中的坐标点。所述定位节点和参考节点在的功能基本上一样，只是由于本校园系统中参考节点是固定不变的，因此选取的是现如今被广泛运用的CC2430芯片，但定位节点时移动的，需要具备相应的定位引擎，因此选取的是CC2431芯片。但其相关配置，特别是电路设置基本上一样。CC2431工作流程如图2所示。所述网关的硬件平台是由选定的网络扩展主板和CC2430芯片构成。每一个网关节点的应用流程图如图3所示。通过相应的配置，在系统初始运行的时候，通过监控软件Z-location将相应的参考节点和定位节点的初始数据进行收集分析，同时在利用相应的测距算法和信号处理方式将相应的信息发送到对应的节点上，同时接收相应节点传输的相关数据，并对相应的数据进行分析。整个流程中，网关中的主要功能有：将相应的定位数据配置发送到相应的节点；转发相应的数据同时对需要定位的节点进行定位；对相应的数据根据选择的算法进行计算；通过串口完成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ZigBee技术的定位系统，包括参考节点模块、定位节点模块、网关和上位机‑服务器；所述参考节点的个数为6个，包括CC2430芯片的无线模块和电源，所述定位节点的个数为1个，包括CC2431芯片的无线模块和电源，所述的网关硬件平台包括选定的网络扩展主板和CC2430芯片，所述的上位机‑服务器包括数据库管理系统与定位系统；网关、参考节点、定位节点通过自组网建立ZigBee无线网络；基于ZigBee技术的定位系统系统采用无线测距技术RSSI(Received Signal Strength Indictor)作为关键技术对参考节点和定位节点之间的距离进行测量，在运行时，通过ZigBee无线网络，通过相应的网关获取定位节点和参考节点之间的信息，同时将相应信息传递给PC服务器，同时通过多边定位算法及定位算法优化处理的信息传给网关，再由网关传递给参考节点和定位节点，来实现对定位节点的位置确定。

【技术特征摘要】
1.一种基于ZigBee技术的定位系统，包括参考节点模块、定位节点模块、网关和上位机-服务器；所述参考节点的个数为6个，包括CC2430芯片的无线模块和电源，所述定位节点的个数为1个，包括CC2431芯片的无线模块和电源，所述的网关硬件平台包括选定的网络扩展主板和CC2430芯片，所述的上位机-服务器包括数据库管理系统与定位系统；网关、参考节点、定位节点通过自组网建立ZigBee无线网络；基于ZigBee技术的定位系统系统采用无线测距技术RSSI(ReceivedSignalStrengthIndictor)作为关键技术对参考节点和定位节点之间的距离进行测量，在运行时，通过ZigBee无线网络，通过相应的网关获取定位节点和参考节点之间的信息，同时将相应信息传递给PC服务器，同时通过多边定位算法及定位算法优化处理的信息传给网关，再由网关传递给参考节点和定位节点，来实现对定位节点的位置确定。2.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee技术的定位系统，其特征在于：所述参考节点个数设定为6个，采用六边定位确定定位节点的位置。3.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee技术的定位系统，其特征在于：所述六边定位算法的优化算法采用泰勒级数展开法和最小二乘法相...

【专利技术属性】
技术研发人员：逯鹏，张景景，郭赛迪，张宏坡，林予松，张行进，杜鑫迪，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41