基于CC2431的室內(nèi)定位系統(tǒng)

定位引擎需要3～16個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)[x0，y0,x1,y1,…，x15，y15]作為輸入。參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)表示每個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的位置，是在[O，63．75]范圍內(nèi)的無(wú)符號(hào)數(shù)值。最高分辨率為0．25 m。所有參考坐標(biāo)被裝載入RF寄存器REFCOORD。在寫(xiě)入寄存器REFCOORD之前，寄存器LOCENG．REFLD位必須置1以指示有1組參考坐標(biāo)要寫(xiě)入。16個(gè)坐標(biāo)對(duì)都必須寫(xiě)入，當(dāng)定位引擎使用的參考節(jié)點(diǎn)數(shù)少于16個(gè)時(shí)，為了標(biāo)記某些參考坐標(biāo)未使用，將0載入作為未使用的參考坐標(biāo)值，這些參考節(jié)點(diǎn)的RSSI值為O．O。當(dāng)所有參考坐標(biāo)寫(xiě)入后，LOCENG．REFLD=0。定位引擎除了需要參考坐標(biāo)外，還需要一組測(cè)量參數(shù)，這些參數(shù)包括：2個(gè)射頻參數(shù)A和n，4個(gè)搜索邊界坐標(biāo)和16個(gè)RSSI值。定義參數(shù)A為距離發(fā)射機(jī)1 m參考距離下接收信號(hào)強(qiáng)度的絕對(duì)值，定位引擎要求參數(shù)A的范圍為[30．0，50．0]，精度為0．5。參數(shù)A為無(wú)符號(hào)定點(diǎn)值，最后一位為小數(shù)位，其余位表示整數(shù)部分。參數(shù)n被定義為路徑損耗指數(shù)(描述信號(hào)功率隨著距離的增加而衰減的速率)，這種衰減正比于d=n(d表示發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離)。在估算定位x，y坐標(biāo)時(shí)，先設(shè)定搜索邊界，以降低錯(cuò)誤和估計(jì)時(shí)間，最大搜索區(qū)域的x，y范圍為[0．0，63．75]。假設(shè)定位引擎搜索被限制在一個(gè)矩形區(qū)域，坐標(biāo)為(xmin，ymin)和(xmax，ymax)，輸入定位引擎的4個(gè)搜索邊界參數(shù)為xmin，xdelta，ymin，ydelta，其中xdelta=xmax一xminydelta=ymax-ymin，如果選擇在整個(gè)可能的區(qū)域內(nèi)搜索，則這4個(gè)參數(shù)值為：0．0，63．75，0．0，63．75。如果某個(gè)參數(shù)遺漏，則定位引擎無(wú)法正確地估算位置。RSSI值是對(duì)應(yīng)于一組參考坐標(biāo)的RSSI測(cè)量值，其范圍在[一40 dBm，一95 dBm]，精度0．5 dBm，寫(xiě)入時(shí)符號(hào)被去掉。如果使用的參考節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)少于16個(gè)，則必須寫(xiě)入0．O作為接收信號(hào)強(qiáng)的度值。所有測(cè)量得到的參數(shù)都裝載入RF寄存器MEASPARM。在寫(xiě)入MEASPARM之前，寄存器位LOCENG．PARID必須置1，以指示有1組測(cè)量得到的參數(shù)要寫(xiě)入。參數(shù)裝載過(guò)程開(kāi)始后，所有22個(gè)參數(shù)都必須被寫(xiě)入。測(cè)量得到的參數(shù)寫(xiě)入順序?yàn)閇A，n，xmin，xdelta，ymin，ydelta，RSSI0，RSSI1，…，RSSI15]。 當(dāng)參考坐標(biāo)和測(cè)量得到的參數(shù)寫(xiě)入后，通過(guò)將寄存器位LOCENG．RUN置1啟動(dòng)定位估計(jì)計(jì)算。當(dāng)LOCENG．DONE置1時(shí)，估計(jì)得到的坐標(biāo)可以從寄存器LOCX和LOCY中讀出。LOCENG．RUN置1到讀出估計(jì)坐標(biāo)的時(shí)間間隔則根據(jù)搜索邊界參數(shù)的不同在50μs～13 ms之間變化。定位引擎不產(chǎn)生任何中斷請(qǐng)求。由LOCX寄存器給出的x坐標(biāo)估計(jì)值包含一個(gè)偏移量，該偏移量必須被去除，以得到真實(shí)的x坐標(biāo)。去除的方法如下：x=(xLOCX-xmin+1)％(xdelta+1)+xmin。可直接使用由LOCY寄存器給出的y坐標(biāo)估計(jì)值。
2．2 CC2431定位系統(tǒng)的操作流程
CC2431定位系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理設(shè)備、參考節(jié)點(diǎn)與盲節(jié)點(diǎn)組成。其中，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理設(shè)備使用串口發(fā)送和接收定位協(xié)議消息，它依附于主系統(tǒng)并且被用作匯聚節(jié)點(diǎn)接收盲節(jié)點(diǎn)響應(yīng)、配置參考節(jié)點(diǎn)以及設(shè)置盲節(jié)點(diǎn)參數(shù)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理設(shè)備應(yīng)用程序接收到盲節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)信息時(shí)，通過(guò)串口把數(shù)據(jù)傳給主系統(tǒng)。盲節(jié)點(diǎn)包含CC2431定位引擎，定位引擎通過(guò)無(wú)線測(cè)距范圍內(nèi)應(yīng)答的參考節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)以及發(fā)送至這些參考節(jié)點(diǎn)信息的。RSSI值完成定位運(yùn)算。盲節(jié)點(diǎn)首先發(fā)出一定時(shí)序的RSSIBlast信息廣播，當(dāng)?shù)却す?jié)點(diǎn)已配置完成規(guī)定的時(shí)間間隔后，盲節(jié)點(diǎn)向參考節(jié)點(diǎn)發(fā)出XY―RSSI請(qǐng)求廣播，每個(gè)接收到RSSI Blast信息廣播的參考節(jié)點(diǎn)將進(jìn)行接收到信息的RSSI值計(jì)算，當(dāng)接收到XY―RSSI請(qǐng)求時(shí)，參考節(jié)點(diǎn)將向盲節(jié)點(diǎn)發(fā)回其位置信息以及RSSI值。整個(gè)定位系統(tǒng)的定位時(shí)序圖如圖2所示。

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試及驗(yàn)證結(jié)果
這里以TI公司的CC2431節(jié)點(diǎn)作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，選擇8．O m×8．0 m的實(shí)驗(yàn)室作為實(shí)地測(cè)試環(huán)境進(jìn)行測(cè)試，在實(shí)驗(yàn)室的4個(gè)墻角及中間位置布置了5個(gè)CC2431作為參考節(jié)點(diǎn)，其位置已知且固定不動(dòng)。盲節(jié)點(diǎn)對(duì)均勻分布在測(cè)試環(huán)境內(nèi)的49個(gè)點(diǎn)進(jìn)行定位測(cè)試，定位結(jié)果如圖3所示：
根據(jù)獲取的待定位節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)Mat―lab進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以得到系統(tǒng)的定位誤差，定位誤差的分布如圖4所示：

由圖4曲線可以看出，在室內(nèi)環(huán)境下，采用CC2431定位系統(tǒng)能夠分別實(shí)現(xiàn)50％和90％的定位，結(jié)果誤差前者在1．O m以內(nèi)，后者在2．5 m以內(nèi)，完全能夠達(dá)到室內(nèi)環(huán)境下定位精度的要求。

4 結(jié) 語(yǔ)
首先比較目前已有的室內(nèi)定位技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，重點(diǎn)介紹CC2431定位引擎的使用方法和CC2431定位系統(tǒng)的定位流程。完成了定位系統(tǒng)的部署，定位結(jié)果令人滿意。CC2431能夠滿足低功耗、抗干擾、準(zhǔn)確快速定位的要求，為室內(nèi)定位提供具有競(jìng)爭(zhēng)力的解決方案。