基于無線網絡的定位系統設計

鄧啟平 蔣良兵 方智文

（湖南人文科技學院通信與控制工程系 湖南 婁底 417000）

本系統依托zigbee的無線網絡技術，能夠實時的將人員定位情況通過文字和圖形的方式上傳到中控室，使管理人員能夠隨時掌握人員的各種工作狀況和緊急情況下的救援工作，以便高效的管理各種日常事務和突發事件[1]。

1 構建無線傳感網絡

（1）ZigBee協議是建立于IEEE 802.15.4標準基礎上的，通過定義了兩種不同類型的物理設備來詮釋網絡中的設備點:全功能設備 (FullFunetionDevice，FFD)和簡化功能設備(RedueedFunetionDeviee，RFD)。網絡在邏輯上分為了三類設備，即終端設備、路由器和協調器。其中，協調器作為三類設備中最為復雜的一種，負責發送網絡信標，建立和初始化ZigBee網絡，從而確定網絡工作的信道以及16位網絡地址的分配等；而路由器在接入網絡后，自動獲得一個16位網絡地址，并允許在其通信范圍內的其他節點加入或者離開網絡，同時具有路由和轉發數據的功能；終端設備可以由簡化功能設備RFD或者全功能設備FFD構成，它只能與父節點進行通信，并從父節點處獲得網絡標識符和短地址等信息。

在實際測量時，在坑道適當位置每隔150米設置一個Zigbee網絡模塊（FFD,坑道中為路由器，出口為協調器），同時在其它需要定位人員身上配備一個Zigbee網絡模塊（RFD），該終端可由礦燈進行供電。Zigbee無線網絡布局如圖1所示。

圖1 Zigbee無線網絡布局圖

（2）全功能設備(FFD)由 CC2430和 CC2591組成，其中CC2591是一款高性能的低成本前端，適用于諸如ZigBee網絡、傳感器、工業、消費類電子以及音頻設備等所有2.4GHz無線系統。CC2430片上集成高性能8051內核、ADC、USART等，支持ZigBee協議棧支持網絡節點精確定位[2]。

CC2431是一種自帶RSSI功能的芯片，定位精度可達到25cm。CC2431芯片的RSSI是一個8位的寄存器值,RSSI功率值在轉換前由RSSI_VAL進行存儲并且可以轉化為與RF管腳相關的功率P。RSSI_OFFSET為一個能量修正值,在不同的環境下，通過測試可選擇最優的參數,因此它的數值一般是隨環境變化的,需要對射頻模塊進行測距實驗進行測定。

2 485總線通信

RS-485總結具有傳輸速率高的特點，可達10Mbps，接口是采用差分總線的結構，能較好的增強抗共模干擾能力，即抗噪聲干擾性好，因此本系統采用RS485總結連接Zigbee協調器和主控電腦[4]。

3 上位機監控軟件

圖2 定位系統人機界面

系統軟件采用VC6.0實現后臺模擬系統，如圖2所示。人員的信息查找、進入特殊區域人員的統計查詢等數據通過RS-485總線發送到監控主機后，軟件進行實時的分析處理最終在計算機屏幕上實時顯示。無線網絡通過協調器將包含有定位信息的數據傳送給上位，數據結構為:網關021005010014；參考節點A 0210180B CB 0100 D2150004280028000A;參考節點B0210180B CB 3E 14 D21500042800000009;參考節點C:0210180B CB 7B 28 D21500045000000008;定位節點02101814 CB B83C D314000D 0100000000010100280028004E D6，其中每組數據的第四個字節用來區分節點類型，第六個和第七個字節用。

來確定節點的地址，第十二到第十五個字節為坐標，人機界面通過對特殊字節的分析，獲取人員的定位信息，并能過VC6.0的MFC完成串口設置、人員查詢、背景圖更換和區域人員數量查詢的功能,其相關的函數分別為:

（1）CCCOMTestDlg::OnStart();按鈕響應函數主要包括對串口的初始化和打開串口,串口默認波特率為38400b/s；串口打開之后，PC機開始監測打開的串口。

（2）afx_msgLONG OnCommunication (WPARAM ch,LPARAM port)函數對串口中斷進行響應，其中包括對接收數據的判斷并將ID號和坐標通過文件保存。

（3）afx_msg void OnCheckpButton()響應人員定位查詢按鍵，當按鍵按下后通過文本框中ID號與保存數據的匹配來獲得坐標位置并通過GDI函數進行點的顯示。

（4）void OnSelectButton()函數來響應選擇背景圖片，并通過CFileDialog來彈出一個打開對話框，選擇一副位圖。在顯示圖片按鍵的響應函數中通過strechblt函數將位圖貼到設定的位置。

4 結論

本系統很好的完成了對被管理人群的定位監控，通過可靠的485總線將人員信息實時上傳到中控室的電腦，能夠迅速掌握人員所處的位置，方便正常工作時的調度，具有較強的實用進和先進性。

［1］崔璐,蔡覺平,趙博超,王鑫.基于ZigBee技術的井下人員定位安全監測系統[J].大連理工大學學報,2011(04).

［2］王洋,王忠.基于 CC2431 的無線定位系統[J].通信技術,2009(09).

［3］孫佩剛,趙海,羅玎玎,張曉丹,尹震宇.智能空間中 RSSI定位問題研究[J].電子學報,2007(07).

［4］都伊林.基于ZigBee的監獄人員定位跟蹤系統的設計[J].信息化研究,2011(07).