基于CC2431的室內定位系統

定位引擎需要3～16個(gè)參考節點(diǎn)的坐標[x0，y0,x1,y1,…，x15，y15]作為輸入。參考節點(diǎn)的坐標表示每個(gè)參考節點(diǎn)的位置，是在[O，63．75]范圍內的無(wú)符號數值。最高分辨率為0．25 m。所有參考坐標被裝載入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組參考坐標要寫(xiě)入。16個(gè)坐標對都必須寫(xiě)入，當定位引擎使用的參考節點(diǎn)數少于16個(gè)時(shí)，為了標記某些參考坐標未使用，將0載入作為未使用的參考坐標值，這些參考節點(diǎn)的RSSI值為O．O。當所有參考坐標寫(xiě)入后，LOCENG．REFLD=0。定位引擎除了需要參考坐標外，還需要一組測量參數，這些參數包括：2個(gè)射頻參數A和n，4個(gè)搜索邊界坐標和16個(gè)RSSI值。定義參數A為距離發(fā)射機1 m參考距離下接收信號強度的絕對值，定位引擎要求參數A的范圍為[30．0，50．0]，精度為0．5。參數A為無(wú)符號定點(diǎn)值，最后一位為小數位，其余位表示整數部分。參數n被定義為路徑損耗指數(描述信號功率隨著(zhù)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)射機與接收機之間的距離)。在估算定位x，y坐標時(shí)，先設定搜索邊界，以降低錯誤和估計時(shí)間，最大搜索區域的x，y范圍為[0．0，63．75]。假設定位引擎搜索被限制在一個(gè)矩形區域，坐標為(xmin，ymin)和(xmax，ymax)，輸入定位引擎的4個(gè)搜索邊界參數為xmin，xdelta，ymin，ydelta，其中xdelta=xmax一xminydelta=ymax-ymin，如果選擇在整個(gè)可能的區域內搜索，則這4個(gè)參數值為：0．0，63．75，0．0，63．75。如果某個(gè)參數遺漏，則定位引擎無(wú)法正確地估算位置。RSSI值是對應于一組參考坐標的RSSI測量值，其范圍在[一40 dBm，一95 dBm]，精度0．5 dBm，寫(xiě)入時(shí)符號被去掉。如果使用的參考節點(diǎn)個(gè)數少于16個(gè)，則必須寫(xiě)入0．O作為接收信號強的度值。所有測量得到的參數都裝載入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組測量得到的參數要寫(xiě)入。參數裝載過(guò)程開(kāi)始后，所有22個(gè)參數都必須被寫(xiě)入。測量得到的參數寫(xiě)入順序為[A，n，xmin，xdelta，ymin，ydelta，RSSI0，RSSI1，…，RSSI15]。 當參考坐標和測量得到的參數寫(xiě)入后，通過(guò)將寄存器位LOCENG．RUN置1啟動(dòng)定位估計計算。當LOCENG．DONE置1時(shí)，估計得到的坐標可以從寄存器LOCX和LOCY中讀出。LOCENG．RUN置1到讀出估計坐標的時(shí)間間隔則根據搜索邊界參數的不同在50μs～13 ms之間變化。定位引擎不產(chǎn)生任何中斷請求。由LOCX寄存器給出的x坐標估計值包含一個(gè)偏移量，該偏移量必須被去除，以得到真實(shí)的x坐標。去除的方法如下：x=(xLOCX-xmin+1)％(xdelta+1)+xmin?？芍苯邮褂糜蒐OCY寄存器給出的y坐標估計值。
2．2 CC2431定位系統的操作流程
CC2431定位系統由網(wǎng)絡(luò )監控管理設備、參考節點(diǎn)與盲節點(diǎn)組成。其中，網(wǎng)絡(luò )監控管理設備使用串口發(fā)送和接收定位協(xié)議消息，它依附于主系統并且被用作匯聚節點(diǎn)接收盲節點(diǎn)響應、配置參考節點(diǎn)以及設置盲節點(diǎn)參數。當網(wǎng)絡(luò )監控管理設備應用程序接收到盲節點(diǎn)的響應信息時(shí)，通過(guò)串口把數據傳給主系統。盲節點(diǎn)包含CC2431定位引擎，定位引擎通過(guò)無(wú)線(xiàn)測距范圍內應答的參考節點(diǎn)坐標以及發(fā)送至這些參考節點(diǎn)信息的。RSSI值完成定位運算。盲節點(diǎn)首先發(fā)出一定時(shí)序的RSSIBlast信息廣播，當等待盲節點(diǎn)已配置完成規定的時(shí)間間隔后，盲節點(diǎn)向參考節點(diǎn)發(fā)出XY―RSSI請求廣播，每個(gè)接收到RSSI Blast信息廣播的參考節點(diǎn)將進(jìn)行接收到信息的RSSI值計算，當接收到XY―RSSI請求時(shí)，參考節點(diǎn)將向盲節點(diǎn)發(fā)回其位置信息以及RSSI值。整個(gè)定位系統的定位時(shí)序圖如圖2所示。

3 實(shí)驗測試及驗證結果
這里以TI公司的CC2431節點(diǎn)作為實(shí)驗平臺，選擇8．O m×8．0 m的實(shí)驗室作為實(shí)地測試環(huán)境進(jìn)行測試，在實(shí)驗室的4個(gè)墻角及中間位置布置了5個(gè)CC2431作為參考節點(diǎn)，其位置已知且固定不動(dòng)。盲節點(diǎn)對均勻分布在測試環(huán)境內的49個(gè)點(diǎn)進(jìn)行定位測試，定位結果如圖3所示：
根據獲取的待定位節點(diǎn)坐標實(shí)測數據，通過(guò)Mat―lab進(jìn)行數據處理，以得到系統的定位誤差，定位誤差的分布如圖4所示：

由圖4曲線(xiàn)可以看出，在室內環(huán)境下，采用CC2431定位系統能夠分別實(shí)現50％和90％的定位，結果誤差前者在1．O m以?xún)?，后者?．5 m以?xún)?，完全能夠達到室內環(huán)境下定位精度的要求。

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