摘 要

在这个物联网快速发展的时代，基于GPS的定位技术已经无法满足人们的需求，基于传感器网络的zigbee定位技术兴起，逐渐成为了室内定位的重要手段，其易组网、低功耗的低成本优势使之成为最具发展潜力和研发价值的定位技术之一。其具有路由网络功能的短距离无线通信标准，能够在室内定位中扩展zigbee网络，并且随着节点的增多而提高定位精度，使之在室内短距离定位具有极大的优势。zigbee定位系统由多个传感器节点组成，由多个节点之间互相通信以及组网，可以拓展很大的范围，其高精度的定位，使之在得到大量关注，具有相当的应用前景。

本课题将基于zigbee技术，设计实现一个移动物体的实时定位系统。通过对本系统进行详细的需求分析，本系统将采用zigbee模块构成一个定位网络，用C#语言编写一个上位机视图系统，对可移动的盲节点模块实时定位并在视图中展现出来。Zigbee网络的定位系统是由于信号在传输的过程中有衰减，然后根据信号的强弱来确定两个模块之间的距离，而采取的RSSI算法就是根据这样的原理而产生的，通过参考节点接收盲节点位置信息产生对应的RSSI值，再有盲节点根据RSSI值来计算移动节点在参考节点围出的范围内的位置，来确定盲节点的位置。通过这些方法，本系统实现了一个对移动物体的实时定位系统。通过在实际场景中的测试，验证了本文zigbee定位系统的准确性。

关键词：zigbee定位技术，c#，RSSI算法

Abstract

In the era of rapid development of the Internet of Things, GPS-based positioning technology has been unable to meet people's needs. The rise of zigbee positioning technology based on sensor networks has gradually occupied the main market of indoor positioning, and its easy networking, low power consumption and low cost The advantages make it one of the most promising positioning technologies for development potential and Ramp;D value. The short-distance wireless communication standard with the function of routing network can extend the zigbee network in indoor positioning, and with the increase of the number of nodes, the positioning accuracy is improved, so that it has a great advantage in short-distance indoor positioning. The zigbee positioning system is composed of multiple sensor nodes. The multiple nodes communicate with each other and form a network, which can expand a wide range. Its high-precision positioning makes it a lot of attention and has considerable application prospects.

This topic will be based on zigbee technology, design and implementation of a real-time mobile positioning system. Through detailed requirements analysis of the system, this system will use zigbee module to form a positioning network, use C # language to write a host computer view system, real-time positioning of the movable blind node module and display it in the view. Zigbee network positioning system is due to signal attenuation in the transmission process, and then determine the distance between the two modules according to the strength of the signal, and the RSSI algorithm is based on this principle and generated by the reference node to receive The blind node position information generates a corresponding RSSI value, and then the blind node calculates the position of the mobile node within the range enclosed by the reference node according to the RSSI value to determine the position of the blind node. Through these methods, the system will implement a real-time positioning system for moving objects. In the process of continuous debugging and measurement, the objectives and requirements of this topic are finally obtaine.

KeyWords：Zigbee positioning technology, c#, RSSI algorithm

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景、目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 定位技术的研究现状 2

1.2.2 zigbee技术研究现状 2

1.2.3 基于zigbee的定位技术研究现状 3

1.3 论文研究内容及主要工作 4

第2章 系统总体设计及分析 5

2.1 系统总体设计 5

2.2 移动小车分析 7

2.3 本章小结 8

第3章 zigbee网络系统设计 9

3.1 zigbee模块分析 9

3.1.1 参考节点模块分析 10

3.1.2 盲节点模块分析 11

3.1.3 协调器模块分析 12

3.2 zigbee 定位网络拓扑结构设计 12

3.2.1 两节点的的定位网络分析 13

3.2.2 三节点的的定位网络分析 14

3.2.3 四节点的的定位网络分析 15

3.2.4 五节点的的定位网络分析 16

3.3 定位算法设计与实现 16

3.3.1 基于RSSI的定位算法原理分析 17

3.3.2 参考节点模块程序实现 18

3.3.3 盲节点模块程序实现 20

3.3.4 定位引擎程序实现 22

3.4 本章小结 24

第4章 上位pc机软件编程设计 25

4.1 上位机界面设计与实现 25

4.1.1 主界面设计与实现 25

4.1.2 参考节点配置界面的设计与实现 26

4.1.3 盲节点配置界面设计与实现 27

4.2 上位机和zigbee网络串口通信 28

4.3 基于wifi模块的移动小车通信与控制 29

4.3 本章小结 30

第5章 模块实现与系统测试 31

5.1 实验环境 31

5.2 系统测试结果 32

5.2.1 实验1 32

5.2.2 实验2 33

5.2.3 实验3 34

5.3 实验结果分析 35

第6章 总结与展望 37

6.1 总结 37

6.2 展望 37

参考文献 38

致谢 40

第一章 绪论

1.1 课题研究背景、目的及意义

随着时代的进步，现有的定位技术已经不能满足人们的需求，而近几年传感器技术，嵌入式技术的飞速发展，使在室内产生精准定位有了新的可能^[1]。设计和实现基于zigbee的定位技术成为了大量学者的研究对象，这样一种新兴的基于传感器网络的定位技术，已经引起了学术和工业上的高度重视。这种技术将对二十一世纪产生巨大的影响，亦成为学科领域的一项新的研究分支^[2]。

zigbee定位技术是基于传感器网络实现的，它一些通过在监测区域随机或特定的布置一些微型传感器节点，来获取目标区域内周围环境的信息，可以通过特定的自组织通信技术，相互协同工作完成特定的任务^[3]。由于这一特性，zigbee定位技术可以应用在一些人力无法支援的场所，和一些电源无法供给的地方，以及一些临时需要大量监测的场合。

Zigbee定位网络的最大特点就是强力的自组网能力，该系统只需要在目标测量区域放置几个参考节点和一个盲节点,就可以快速自组网，形成一个定位网络^[4]。通过研究者大量的测量试验,发现zigbee定位技术测量的实际测量数据与标准数据之间存在的误差，其精确度还有很大的提升空间^[5]。但现如今zigbee定位技术才刚刚兴起,不管从技术还是应用方面看，都还不十分成熟,在各个领域的运用还不能和GPS、WIFI定位技术等早已出现的无线定位技术相比，但这样使zigbee技术在未来的发展中存在了更多的可能。

作为一种新兴的无线传感器定位技术，它于传统的定位技术不同，它既不像GPS定位一样适用于卫星所覆盖的全部区域，也不像wifi定位技术一样用一个wifi模块即可，它是依靠传感器网络建立，所以，在一定的范围内，需要用一定量的传感器模块将其覆盖，才能提供给定位模块相应的定位信息。这样才能完成zigbee网络的定位功能。

对于zigbee定位技术未来的发展方向，有着许多期待，第一是希望它能在简洁的协议栈支持下能有效地运行并能存在着随处可接入的可能性，其二是希望能避免在zigbee网络中节点通信的交互应答，其三是希望能够提高定位的精准度，其四是希望能尽可能的降低功耗，延长工作时间，最后是希望能更多的运用到各个领域中。

谈起定位系统人们的第一反应是GPS，利用卫星对全球进行定位。它可以不受地域的控制，只要在卫星所能探测的范围之内都能定位，但是利用卫星定位使其定位方式具有局限性，就比如对于在有遮挡物的物体（房屋内）就不能进行精准的定位，而且GPS是依赖于卫星发展的一种技术，但是由于卫星的发射成本昂贵不适用于个体和企业小型定位。所以基于ZigBee传感器网络的定位系统更受这一类人群的喜欢。它是由多个传感器组成，也因为其特点，渐渐成为定位系统的新宠。

本题采用zigbee定位技术来监控物体和人员的实时位置，该系统由参考节点和盲节点构成，参考节点放在目标环境中作为定位参考，而盲节点可佩带在物体或人员身上，用于室内固定区域的定位，消除了GPS在室内定位中，由于墙壁等遮挡物产生的定位不精准问题，也避免了wifi定位系统高消耗的问题，更适用于目前室内定位的市场需求

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