摘要：介绍了一种依据RFID和ZigBee技能的室内定位体系的规划。该规划以第二代片上体系CC2530为中心，合作RFID阅读器和标签、以及一些外围电路构成了硬件定位体系。选用依据接纳信号强度值(RSSI)的定位技能和最大似然估量的核算办法进行定位。要点论述了该定位体系的结构和硬件电路规划，剖析了定位体系的作业原理、软件流程和定位算法的完结。试验证明该定位体系能够完结室内局域定位的功用。
关键词：ZigBee；无线射频辨认；接纳信号强度值；定位
跟着物联网的研讨和无线传感网络技能迅速发展，ZigBee技能作为一种新式的低成本、低功耗、低速率短距离的无线传感网络技能，它是依据IEEE802．15．4规范开发的无线协议。IEEE802．15．4担任物理层和MAC层，而ZigBee联盟担任拟定网络层和应用层。运用ZigBee技能完结定位具有低成本、低功耗的长处，且信号传输不受视距的影响，被广泛的应用于环境监测、工业现场搜集、智能家居和医疗护理等范畴。
RFID(Radio Frequency Identification，射频辨认)是运用射频信号经过空间交融(交变磁场或电磁场)完结无触摸信息传递并经过所传递的信息抵达自动辨认意图的技能。射频辨认卡的长处就在于它的非触摸性，因而它在完结辨认作业时无须人工干预，适于完结自动化、可辨认高速运动物体并可一起辨认多个射频卡，操作便利便利。RFID技能是一个簇新的技能应用范畴，它小仅涵盖了射频技能，还包括了射频技能、密码学、通讯原理和半导体集成电路技能，是一个多学科归纳的新式学科。因而，对RFID技能的知道和研讨具有深远的理论含义。
现在完结室内定位主要有依据测距技能和非测距技能，依据测距的定位算法有AOA、TOA、TDOA、RSSI；依据非测距技能的定位算法主要有：DV-Hop定位算法、质心算法、凸规划定位算法等。依据测距的定位机拟定位精度相对较高，在低功率无线设备组成的高密度网中，因为各设备之间的同步无法完结，运用AOA、TDOA估量具体难以完结。虽然能够经过丈量TOA来估量距离，可是多径和噪声，以及参阅时钟的不准确性，都将使距离估量的效果变差；依据非测距的定位算法无需丈量节点间的绝地信息和视点信息，是运用网络连通性核算节点的方位，可是定位精度低。而依据RSSI的距离估量，能够由传感器节点本身丈量得到，不需要额定的硬什支撑。与单纯运用连通讯息的算法比较，RSSI增添了额定的有价值的信息。所以依据RSSI的测距是无线传感网络较常用的办法。自己经过依据RSSI的测距技能，选用RFID和ZigBee技能相交融的室内定位体系规划，有用的进步了室内的定位精度，以及完结了房间级的定位。
1 定位体系的全体规划
本体系的规划有5个部分组成，包括上位机、网关、基站、电子标签、参阅节点。上位机的功用是监控和办理整个体系。定位体系的结构框图如图1所示。
网关的功用是由和谐器来充任，它在整个体系中起着至关重要的左右，首要它要呼应上位机宣布的指令，敞开网络，等候其他类型的节点入网，其实还要接纳各节点的上传的数据并传送给上位机软件处理。基站是由ZigBee模块和RFIDReader模块组成，它们之间经过RX／TX进行数据的传输，基站的功用是在定位过程中接纳上位机发送过来的音讯，以调制的方法构成射频信号，经过天线不断的向外发送射频信号；其间的ZigBee模块也能够作为参阅节点的效果，能够将本身的坐标信息和RSSI值发送给盲节点。电子标签是由ZigBee模块和RFID Tag模块组成，它们直接是经过SPI接口衔接起来的。其功用是接纳基站发送过来的射频信号，经过解调和解码后，将数据经过SPI方法传送给ZigBee模块，ZigBee模块冉经过尤线的方法发送到网关。ZigBee模块还有别的一个效果，便是作为盲节点，可在参阅节点围住的区域内恣意移动。它与参阅节点、网关构成一个定位体系。参阅节点仅只有一个ZigBee模块组成，它是一类停止的、已知本身方位坐标信息的节点，其功用是将本身的RSSI值和方位坐标信息发送给盲节点。
2 定位体系的硬件规划
2．1 网关
网关的规划包括2个部分，即无线通讯模块和辅佐功用模块。其间无线通讯模块是这个网关的中心部分，担任跟基站、电子标签以及参阅节点等之间进行通讯。辅佐功用模块是完结定位串口通讯、状况指示、LCD的显现、供电等辅佐功用。网关的结构框图如图2所示。
2．2 基站
基站的规划包括2个部分，RFID Reader模块和ZigBee模块。其间RFID Reader模块主要是由PIC16F887的微操控器和匹配电路组成。RFID Reader模块和ZigBee模块两者之间经过RX／TX进行数据传输。基站的结构框图如图3所示。
上位机发送指令，网关将鼓励器ID等信息无线发送给基站中的ZigBee模块，ZigBee模块经过RX／TX将鼓励器ID等信息发送给微操控芯片PIC16F887处理，微操控芯片经过输出PWM信号，发生频率125 kHz的载波，并将鼓励器ID等信息以OOK调制方法调制在125 kHz载波上构成鼓励信号，其间的数据编码是经过曼彻斯特编码，然后经过驱动器TC4422的功率放大效果，经过天线不断的向外发送125 kHz的鼓励信号。当有RFID Tag模块挨近该区域时即被唤醒，微拧制器经过操控片选信号CS，将数据经过曼彻斯特码的方法发送给RFID Tag模块。ZigBee模块既能够与RFID Reader进行数据传输，还能够作为参阅节点，将自己的坐标信息和RSSI值发送给电子标签中的盲节点。
2．3 电子标签
电子标签的规划包括RFID Tag模块和zigBee模块。其间RFID Tag模块主要是由AS3933前端模仿芯片和匹配电路组成，ZigBee模块是由射频芯片CC2530和匹配电路组成。它们之间经过SPI接口进行数据传输。CC2530经过SPI接口装备AS3933，具体的引脚衔接如图4所示。
RFID Tag模块接纳基站发送过来的125 k的鼓励信号，再经过AS3933芯片对鼓励信号解调，并对曼彻斯特码进行解码后，经过装备SPI总线的相关寄存器，当WAKE的电平为“1”时，阐明有数据到来，ZigBee模块中的CC2530将数据从AS3933中的DATA中读出，并打包后，经过天线将数据包无线发送给网关，最终送到上位机机进行处理，上位机依据鼓励器ID和电子标签ID判别，能够知道电子标签在某个鼓励器所在方位，ZigBee模块既与RFID Tag模块进行数据传输，还能够作为盲节点，不断的向参阅节点发送定位恳求，然后，获取参阅节点的坐标信息和RSSI值，再经过调用定位算法，核算出自己的坐标信息和RSSI值，无线发送给网关，最终将数据发送给上位机，依据坐标信息能够知道电子标签的方位。经过RFID Tag模块与ZigBee模块相互合作，能够完结更准确的区域定位和房间级定位。
2．4 参阅节点
在该规划中，有独自的参阅节点模块以及基站上的ZigBee模块也能够作为参阅节点。参阅节点的规划包括2个部分，分别为无线通讯模块和辅佐功用模块。参阅节点中的尢线通讯模块接纳网关发送过来的参数装备：搜集盲节点通讯时的RSSI值，并核算其平均值；能够发送本身的坐标信息和RSSI的平均值。辅佐功用模块包括3个部分，分别是指示模块、按键模块、供电模块。指示模块是完结定位状况的指示；按键模块是参加和绑定网络；供电模块是担任对整个参阅节点的供电。参阅节点的结构框图如图5所示。
3 定位体系的定位流程
定位体系的基本思想便是体系对网络内的参阅节点和盲节点节点进行参数装备之后，盲节点等候网关发送定位恳求，当盲节点接纳到网关发送来的定位恳求后，就开端发送一系列的RSSI Blast信息进行播送，参阅节点接纳到盲节点发送过来的RSSI Blast数据，并保存其RSSI值。等候盲节点已装备完结规则的时刻距离后，盲节点向参阅节点发送XY—RSSI恳求播送，每个接纳到RSSI Blast信息播送的参阅节点将核算接纳到的RSSI值，并依据该恳求的RSSI值和之前的RSSI Blast的RSSI值核算出平均值，发送XY—RSSI呼应给盲节点，盲节点接纳XY—RSSI呼应后，参阅节点将向盲节点发送自己的坐标信息和RSSI值。盲节点收到这些参数后，依据定位算法核算出自己的坐标信息，最终将核算得到的坐标信息发送给网关，网关再经过串口将数据发送到PC机上。定位体系的定位时序如图6所示。
4 试验成果剖析
定位软件规划后，建立硬件渠道，选用810的试验室房间进行定位。赤色的圆形点代表固定的参阅节点方位，黄色正方形点代表电子标签的实践方位，粉色的长方形代表放置在基站，蓝色色三角形代表运用上位机监控软件监测到的方位。咱们在房间内放置四个参阅节点，坐标分别为(0，0)、(0，5)、(5，0)和(5，5)，围成一个55的区域，并记载电子标签的坐标方位；定位图画如图7(a)所示。坚持电子标签点不动，再添加一个参阅节点，再次记载坐标；定位图画如图7(b)所示。持续坚持电子标签不动，在房间的门口添加一个基站。最终记载其坐标。定位图画如图7(c)所示。
在没有添加基站的条件下，经过调查图7(a)、7(b)的定位图画，能够发现跟着参阅节点的添加，上位机监测到的丈量值越来越挨近实践值，所以在必定的范围内，跟着参阅节点的添加会进步定位的精度。在相同参阅节点下，在房间的门口添加一个基站，调查图7(c)的定位图画，发现上位机监测到的丈量值要比图7(b)中监测到的丈量值更挨近于实践值。因为基站上既有RFID Reader，还有参阅节点。所以不只能进步定位精度，并且还能确认电子标签的具体方位。这阐明经过RFID与ZigBee两者很好的结合，能够很好的进步房间区域的定位精度，并且完结了房间级的定位。
5 结束语
文中主要从硬件规划介绍了一种依据RFID和ZigBee技能相交融的室内定位体系的规划计划，对定位体系的硬件各个功用模块进行具体的介绍，并对定位体系软件流程进行了剖析。经过合理布设参阅节点和基站，在室内环境中进行了实测，在定位模块通讯范围内，经过添加参阅节点的数量以及添加基站等有用方法，能够有用的进步定位的精度。经过试验证明，经过RFID和ZigBee技能相交融的规划计划，不只能够到达1m之内的定位精度，还完结了室内房间级的定化。该计划的硬件设备要求低、定位精度高的特色，很好地满意了市场需求。选用依据Zig Bee和RFID的室内定位体系的规划计划能够很好的应用在智能楼字、地下车库、医疗护理等方面。
