毕业论文（设计）基于物联网的室内定位系统.docx

第一章绪论 11引言 11.1编写目的 11 2背景 11.3定义 22 Zigbee 系统简介 22.1 Zigbee系统基本组成 22.2 Zigbee系统基本原理 42.3 Zigbee系统工作频率与相关协议 53 国内 夕卜研究现状 63.1 Zigbee的研究发展现状 63.2室内定位的研究发展现状 73.3研究概况以及趋势 84论文的选题意义和主要研究内容 85其他系统的比较 9第二章 室内定位无线技术 131室内无线传播的特点 132无线定位的原理 错误!未定义书签3定位信息的获取 错误!未定义书签3.1基站和终端间距离的获取 错误!未定义书签3.2由信号传播计算距离 错误!未定义书签第三章无线定位基本算法 131三边定位算法 132基于接受信号的定位 15第四章 项目测试分析报告 151定位数据汇总 162抓包数据分析 16第五章 总结 171本文工作总结 18—2研究中遇到的问题以及解决方法 18说明：1、 本综合文档至少要包含如目录所示的5份子文档，也可根据具体情况添加其 他子文档总字数不低于10000字根据项目的具体情况，经指导教师同意后, 允许学生适当地修改本文档结构。

2、 本综合文档打印并装订成一册，指导教师检查后需手写签字第一章 项目需求分析说明书1引言1.1编写目的全球卫星定位系统(GPS)的成功使人们对定位服务的需求日益增多，然而在室内环境 下，由于卫星信号接收受到严重干扰，GPS无法满足定位精度的要求基于物联网的室内 定位技术由于使用范围广，能够以纯软件的方式实现，定位系统成本低等优点,成为近年物联 网位置感知领域的一个研究热点本文对这一技术进行了较深入、系统的研究，并针对定位 准确度、定位算法等方面存在的问题，提出了相应的解决方案通过算法比较和实验分析，证 明了方案的有效性和可行性1.2背景1. 基于物联网的定位系统开发；2. 该项目是基于前人的一些半成熟的定位算法做的实验；3. 该定位系统采用的硬件系统是CC2530,软件层面是采用VB语言，架构层面采用的 国际标准是：IEEE802.15.4»1.3定义Zigbee:是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议根据国际标准规定，ZigBee技 术是一种短距离、低功耗的无线通信技术这一名称(又称紫蜂协议)来源于蜜蜂的八字舞， 由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息， 也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。

物联网：顾名思义，物联网就是物物相连的互联网这有两层意思：其一，物联网的核 心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其二，其用户端延伸和扩 展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息1.4参考资料1《ZIGBEE入门基础》,《RFID基础原理与应用》2《Visual Basic入门基础》3《C语言编程基础》4《基于RSSI的多维度室内定位算法》一一石欣，印爱民，陈曦5《基于ZIGBEE的贝叶斯室内定位算法的研究》——杨艳红2 Zigbee系统简介2.1Zigbee系统基本组成多功能调试底板USB供电口：为网关供电RS-232：中文名:异步传输标准接口;型式:DB-9（9个引脚）或DB-25（25个引脚）；功能: 把网关的数据传到PCDEBUG接口：功能，用于程序的烧写与读出外部电源接口：可对其它目标板供电CC2530 10接口：用于二次开发MAX3232E:描述：具有二路接收器和二路驱动器，提供luA关断模式；功能：具有 +/-15kv IES ESD保护的3V至5V多通道RS-232线路；产商：德州仪器；型 号：：MAX3232ECD,MAX3232ECDB 等；报价：6.0RMBSLC2104F2565 1425+:即 SLC,英文全称：single level cell,中文:单层式储存；两个LED灯，一个按键：测试CC2530的IO的功能产商：德州仪器型号：CC2530F128RHAR, CC2530F128RHAT 等报价：18RMB75 例 图 片 ：远距离射频模块：电源接口：为节点供电仿真下载接口：烧写或读取程序10开发调试接口：二次开发产商：德州仪器实例图片：2.2 Zigbee系统基本原理基于ZigBee的无线设备工作在868MHZ, 915MHZ和2.4Z频带。

其最大数据速率 是250Kbps. ZigBee技术主要针对以电池为电源的应用，这些应用对低数据速率、低成本、 更长时间的电池寿命有较高的需求在一些ZigBee应用中，无线设备持续处于活动状态 的时间是有限的，大部分时间无线设备是处于省电模式(也称休眠模式)的因此，ZigBee 设备在电池需要更换以前能够工作数年以±o Zigbee是一种崭新的，专注于低功耗、低成本、 低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术也是嵌入式应用的一个大热点1、 低功耗在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6~24个月，甚至更 长这是Zigbee的突出优势相比较，蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时2、 低成本通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10),降低了对通信控制器的要求，按预测 分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4KB 代码，而且Zigbee免协议专利费3、 低速率Zigbee工作在250kbps的通讯速率，满足低速率传输数据的应用需求4、 近距离传输范围一般介于10〜100m之间，在增加RF发射功率后，亦可增加到l~3km» 这指的是相邻节点间的距离。

如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远5、 短时延Zigbee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms,节点连接进入网 络只需30ms,进一步节省了电能相比较，蓝牙需要3~10s、WiFi需要3s6、 高容量Zigbee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最 多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成 65000个节点的大网7、 高安全Zigbee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用接入控制清单(ACL)防止 非法获取数据以及采用高级加密标准(AES128)的对称密码，以灵活确定其安全属性8、 免执照频段采用直接序列扩频在工业科学医疗2.4GHz(全球)(ISM)频段ZigBee应用于室内病人监控例如，一个病人的血压，心率可以通过可穿戴设备测量出来，病人戴的ZigBee设备 来周期性的收集血压等健康相关的信息，然后这些数据被无线传送到当地服务器，例如病 人家中的一台个人电脑，电脑再对这些数据进行初始分析，最后重要的信息通过互联网被 发送到病人的护士或者内科医生那里做进一步的分析ZigBee应用大型楼宇结构安全监控在此应用中，一，所有的这些传感器形个建筑内可以安装数个ZigBee无线传感器（如 加速度计）成一个网络来收集信息，这些收集来的信息可以用于评估建筑的结构安全和潜 在的损坏标志，例如，地震后一个建筑在重新开放前可能需要进行检测。

而传感器收集到 的数据有助于加速和减少检测的花费ZigBee联盟是2002年创立的一个非盈利性组织，对每一个想加入的成员都开放ZigBee标准是由ZigBee联盟所开发的，该联盟有数百个成员公司，从半导体产业和软件 开发者到原始设备生产商、安装商ZigBee标准采用IEEE 802.15.4标准作为其PHY层 和MAC层协议因此，遵循ZigBee的设备也同样遵循IEEE 802.15.4标准在家庭 和工厂内使用无线通信来收集信息或执行既定控制任务的概念对人们来说并不陌生纵观 几种短距离无线网络通信的标准，包括IEEE 802.11无线局域网（Wireless Local Area Network WLAN）和蓝牙（Bluetooth）.每个标准都有其在特定领域应用的优势，而ZigBee 则主要是为低成本、低数据速率、超低功耗的无线网络应用开发的通过简化通信协议和 降低数据速率，ZigBee标准有助于降低应用成本和其他的标准例如IEEE 802.11相比， 满足ZigBee和IEEE 802.15.4标准的最低需求相对轻松，这同时也降低了 ZigBee收发 器的应用复杂度和成本占空比是指设备活跃时的时间与总时间的比值。

例如，若一个设 备每分钟唤醒一次，工作60ms后继续休眠那么它的占空比为0.001或0.1%o在许 多ZigBee应用中，为了保证电池能工作数年以上，设备的占空比都在1%以下2.3Zigbee系统工作频率与相关协议相关协议：架构：IEEE802.15.4 （物理层，媒体介入控制层）；Zigbee堆栈层（网络层，应用层， 安全服务提供层）每层结构的功能：物理层：通过物理层管理实体接口对PHY层数据和PHY层管理提供服务；PHY层数 据服务可以通过无线物理信道发送和接受物理层协议数据单元来实现MAC层：负责相邻设备间的单跳数据通信它负责建立与网络的同步，支持关联和去关 联以及MAC层安全，他能提供两个设备之间的连接网络层：提供设备与设备的通信，并负责网络中设备初始化所包含的活动，消息路由和 网络发现应用支持子层：通过网络层与安全服务提供层与端点链接，并为数据传送，安全和绑定 提供服务，因此，能够适配不同但兼容的设备，比如带灯的开关在应用层中，一共有250个端点应用程序可以通过端点0与zigbee堆栈的其他层通信， 从而实现对这些层的初始化和配置附属在端点0的对象被称为zigbee设备对象（ZOO）。

端点255用于向所有端点的广播端点241到254是保留端点实例图片：802 15 4 PHY和MACJE| hfiSAP "j冒理SAP 应用层图1-1 zigbe堆栈框架3国内外研究现状3.1Zigbee的研究发展现状ZigBee从2002年ZigBee Alliance成立到2006年联盟推出比较成熟的ZigBee 2006标准 协议，至今已走过了多个春秋，当Zigbee几年前刚出现时，它的支持者曾设想这种基于IEEE 802.15.4规范的无线技术拥有潜在的巨大市场在低吞吐量、短距离通信应用中，成本是第 一王牌，而类似蓝牙、802.1 lx和802.15.3等规范的性能过于强大但对于一些Zigbee支持 者来说，当初的设想并没有成为现实随着ZigBee协议标准的逐步完善和物联网大环境的带动，整个ZigBee产业可以说是朝 着越来越繁盛的趋势发展，在5大上游芯片厂商和ZigBee联盟的不断努力推动下，基于 ZigBee应用层出不穷，并和我们的实际生活接轨，让人们的生活更加智能美好了IZigBee芯 片全球销售收入逐年递增，ABI统计和预测了从2005年至2012年全球芯片的销售收入。

ZigBee技术的应用十分广泛，现阶段以商业大楼自动化，家庭自动化控制（新建安装） 与仪表控制为重点商业大楼可以利用ZigBee完成自动控制，管理员可以有效地管理空调， 灯光，火灾感应系统等各项开关控制系统，可以达到减少能源费用，降低管理人力等节约目 的对消费者来说，若家中具有ZigBee系统，可方便的监控家中的整体运作，有效掌握电 力，自来水，瓦斯的使用状况之外，亦可以具有安全功能，例如可以在家中安装无线传感器 来监控各种不同情况，一旦侦查到异状即可自动发出警告ZigBee在仪表控制市场随着国 际仪表巨头。