基于CC2431的室內(nèi)定位系統(tǒng)

定位引擎需要3～16個參考節(jié)點的坐標[x0，y0,x1,y1,…，x15，y15]作為輸入。參考節(jié)點的坐標表示每個參考節(jié)點的位置，是在[O，63．75]范圍內(nèi)的無符號數(shù)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組參考坐標要寫入。16個坐標對都必須寫入，當定位引擎使用的參考節(jié)點數(shù)少于16個時，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(jié)點的RSSI值為O．O。當所有參考坐標寫入后，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(shù)，這些參數(shù)包括：2個射頻參數(shù)A和n，4個搜索邊界坐標和16個RSSI值。定義參數(shù)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(shù)A的范圍為[30．0，50．0]，精度為0．5。參數(shù)A為無符號定點值，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)射機與接收機之間的距離)。在估算定位x，y坐標時，先設(shè)定搜索邊界，以降低錯誤和估計時間，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矩形區(qū)域，坐標為(xmin，ymin)和(xmax，ymax)，輸入定位引擎的4個搜索邊界參數(shù)為xmin，xdelta，ymin，ydelta，其中xdelta=xmax一xminydelta=ymax-ymin，如果選擇在整個可能的區(qū)域內(nèi)搜索，則這4個參數(shù)值為：0．0，63．75，0．0，63．75。如果某個參數(shù)遺漏，則定位引擎無法正確地估算位置。RSSI值是對應(yīng)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，寫入時符號被去掉。如果使用的參考節(jié)點個數(shù)少于16個，則必須寫入0．O作為接收信號強的度值。所有測量得到的參數(shù)都裝載入RF寄存器MEASPARM。在寫入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(shù)要寫入。參數(shù)裝載過程開始后，所有22個參數(shù)都必須被寫入。測量得到的參數(shù)寫入順序為[A，n，xmin，xdelta，ymin，ydelta，RSSI0，RSSI1，…，RSSI15]。 當參考坐標和測量得到的參數(shù)寫入后，通過將寄存器位LOCENG．RUN置1啟動定位估計計算。當LOCENG．DONE置1時，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)生任何中斷請求。由LOCX寄存器給出的x坐標估計值包含一個偏移量，該偏移量必須被去除，以得到真實的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(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)點與盲節(jié)點組成。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)點接收盲節(jié)點響應(yīng)、配置參考節(jié)點以及設(shè)置盲節(jié)點參數(shù)。當網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理設(shè)備應(yīng)用程序接收到盲節(jié)點的響應(yīng)信息時，通過串口把數(shù)據(jù)傳給主系統(tǒng)。盲節(jié)點包含CC2431定位引擎，定位引擎通過無線測距范圍內(nèi)應(yīng)答的參考節(jié)點坐標以及發(fā)送至這些參考節(jié)點信息的。RSSI值完成定位運算。盲節(jié)點首先發(fā)出一定時序的RSSIBlast信息廣播，當?shù)却す?jié)點已配置完成規(guī)定的時間間隔后，盲節(jié)點向參考節(jié)點發(fā)出XY―RSSI請求廣播，每個接收到RSSI Blast信息廣播的參考節(jié)點將進行接收到信息的RSSI值計算，當接收到XY―RSSI請求時，參考節(jié)點將向盲節(jié)點發(fā)回其位置信息以及RSSI值。整個定位系統(tǒng)的定位時序圖如圖2所示。

3 實驗測試及驗證結(jié)果
這里以TI公司的CC2431節(jié)點作為實驗平臺，選擇8．O m×8．0 m的實驗室作為實地測試環(huán)境進行測試，在實驗室的4個墻角及中間位置布置了5個CC2431作為參考節(jié)點，其位置已知且固定不動。盲節(jié)點對均勻分布在測試環(huán)境內(nèi)的49個點進行定位測試，定位結(jié)果如圖3所示：
根據(jù)獲取的待定位節(jié)點坐標實測數(shù)據(jù)，通過Mat―lab進行數(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)，完全能夠達到室內(nèi)環(huán)境下定位精度的要求。

4 結(jié) 語
首先比較目前已有的室內(nèi)定位技術(shù)的優(yōu)缺點，重點介紹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、準確快速定位的要求，為室內(nèi)定位提供具有競爭力的解決方案。