基于ZigBee技术的无线室内定位测距系统软件设计[范文]

第1章 绪论

1.1 课题背景

随着移动通讯技术与无线网络技术的蓬勃发展，人们生活中对于无线定位技术的需求也与日俱增。所谓无线定位测距系统，顾名思义，是一种通过无线终端与无线网络互相配合完成如定位测距控制等特定功能的一系列装置。而室内定位测距系统相比于普通的定位系统又增加了很多技术方面的要求，因为室内环境复杂且对于信号干扰因素层出不穷，而当今的无线定位技术又存在许多问题，如造价高昂，可靠性差，高耗能，穿透力低，传输速率较慢等，导致其室内定位功能处处掣肘。

基于ZigBee技术的无线室内定位测距系统方案设计思路

现阶段影响最大，定位覆盖范围最广的当属Global Positioning System（全球定位系统）。然而，GPS却无法应用于室内环境，因为在城市中高楼林立，各式各样建筑物会对卫星信号起阻隔作用，同时GPS卫星所发出的无线电信号并不具备足够强的穿透力，导致其信号无法穿透多数建筑物，也就造成了GPS系统无法用于室内定位，这也是人们在室外环境，如开车，骑行和徒步等活动中可以轻松地使用GPS来进行定位，却无法将定位信号覆盖进入人们生活工作的室内，另外大多数环境中人们更加需要便携式定位设备，而为了获取GPS信号，用户需要在自身的设备上安装GPS接收模块，这会极大地增加设备的体积功耗；因而，如果运用GPS来进行室内定位，会因为目标的运动而使定位跟踪变得十分复杂，如今已有多种技术来填补室内定位技术这一空白，如视频监控，红外定位，超声波和蓝牙等定位技术。然而这些技术却又都存在成本高昂的问题，包括其基础设施的部署维护，并且这些技术在应用时又存在诸多问题，如红外线无法在过于复杂的室内进行工作，实时图像处理视频技术又无法在黑暗的环境中工作。

1.1.1 研究意义

IEEE802.15.4是一种新兴的无线通讯协议体系，因其本身具有的优越性而使其得以快速发展，它确定了个人低速网络（LR-WPAN）标准，定义了物理层（PHY）和媒体接入控制层（Media Access Control,MAC），2003年ZigBee联盟在物理层和媒体接入控制层（NWK）和控制层（APL）进行了具体定义，为用户提供了大量API函数，从而形成了完整的ZigBee协议。ZigBee技术作为一种新兴的低成本，低功耗，低速率的短距离无线通信技术，它的独特技术特点使得其成为无线传感器网络中理想的通信技术选择。

基于ZigBee技术的无线室内定位测距系统主函数设定

本文通过研究学习并认识国内的通讯体系，了解无线网通讯原理，阅读理解ZigBee协议，通过学习掌握ZigBee技术，运用此技术来实现室内无线测距定位功能与无线控制功能。通过运用ZigBee技术来解决室内定位的高造价，低可靠性，高耗能等相关问题，拓展运用ZigBee的完成室内的无线遥控等操作。

1.1.2 国内外研究现状分析

伴随着ZigBee技术的出现，基于ZigBee技术的研究也随之展开，此技术可通过无线传感器网络对信息进行处理。国内外很多公司和研究机构开展了基于ZigBee技术的无线网络技术的研究。

ZigBee技术在国内的应用还是十分广泛的，国内范围主要以商业大楼自动化，家庭自动化的控制与仪表控制为主要方面。商业大楼可以通过ZigBee技术来实现自动控制，管理员可以通过ZigBee控制空调，自动门，灯光，火灾感应系统等的开关控制，可以达到减少能源费用节省人力等的节约目的。而普通居民家中可通过ZigBee来监控家中大体运作，可以有效的掌控电力，自来水，天然气等的使用状况，同时也可以起到安全作用，通过家中安装无线传感器来监控并汇报险情，一旦异常就可发出警报。除了这些，仍有很多方面如交通无线信号灯和铁路信号灯等，这些领域皆有ZigBee技术的身影。

基于ZigBee的无线定位问题的研究在国内仍处于起步阶段，主要还是利用国外芯片来开发与利用，国外在硬件芯片，协议栈，软件配套，定位算法理论研究上都实现了产品化，不过在实际应用中由于各种外部环境的限制，许多算法仍存在有待改进的地方。

2005年，各大芯片制造商纷纷推出了符合ZigBee标准的收发模块和通信套件，但是目前只有四个原始设备生产商（OEM）的ZigBee套件符合ZigBee联盟规定的标准。这四家公司分别是挪威的Chipon AS（CC2420/CC2430和CC2500/CC2550等），美国CompXs公司（ML7065）,美国Ember公司（EM2420），美国Freescale Semiconductor公司（MC13192/MC13193）。四个公司的芯片功能都各有其特点适合于不同的应用场合。其中主流的芯片为Chipcon AS公司的CC2420和CC2430芯片，以及Freescale公司的芯片MC13193，ZigBee模块的定位系统也可以这些芯片为核心器件。

2007年，德州仪器（TI）宣布推出业界首款带芯片定位引擎的片上系统（SOC）解决方案CC2431。该芯片的出现实现了ZigBee定位技术的飞跃，即将定位算法用硬件实现。

而如今比较有竞争力的ZigBee解决方案主要有下面几种：

(1) Freescale：MC1319X平台；

(2) Chipcon：SOC解决方案CC2530。

本文所用以实现课题所选用的，是Chipcon AS公司所生产的CC2530芯片。

1.1.3 论文研究的主要内容

本文主要研究基于ZigBee网络的室内无线定位技术及远程控制系统。论文通过对目前的无线定位系统的分析研究，借鉴了无线局域网的经典定位技术。利用C语言及相关配套开发软件实现基于ZigBee技术的无线定位测距以及无线操控功能。工作内容在文章中的章节安排如下：

第一章：绪论首先对课题的选题背景及意义进行简单介绍，简述室内定位技术的国内外研究现状，对本文的主要研究内容以及安排进行简单的介绍。

第二章：基于ZigBee技术的定位原理及算法 主要分析以ZigBee技术为基础的算法，通讯协议以及定位原理。

第三章：关于ZigBee无线通讯的软件设计 关于ZigBee模块的无线通讯程序编写调试。

第四章：基于ZigBee定位算法的设计方案 对于应用ZigBee进行无线测距定位的软件设计方案。

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