基于ZigBee指纹定位系统的设计与实现

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近年来随着科技的进步和生活水平的提高,人类对定位技术的要求也越来越高。基于卫星的室外定位技术发展成熟,但是在有障碍或者室内空间中无能为力。研究室内定位技术也成为了现今的热点,其中ZigBee无线定位技术由于ZigBee设备的廉价和低能耗受到了广泛的关注。本文的重点是设计和实现了基于ZigBee技术的定位系统。本文中分析了室内定位技术的背景意义和国内外的研究现状,对比了各种技术的不足之处,体现了选用ZigBee网络定位的优势。对ZigBee的技术特征和其协议栈Z-Stack的内容进行了研究分析,为后面的定位系统的设计实现提供了帮助。在定位算法上,本文对常用的无线电定位方法进行了分析和比较,最终选择了场景分析方法中的指纹识别算法。分析了一般指纹定位算法的内容及面临的问题,在此基础上对指纹定位算法进行了一定的改进。在定位阶段的匹配查找采样点和确定最佳近邻点个数上做了处理,使定位的效率和精度提高了。对算法进行了仿真,证明了改进后的效果。本文重点在设计实现了指纹定位系统,其包含ZigBee网络部分和上位机部分。ZigBee网络部分由坐标节点、未知节点和网关节点组成。ZigBee网络采用了星型拓扑结构组网,其中的未知节点担当协调器的角色。数据的传输方向是坐标节点发送给未知节点,未知节点计算RSSI值后发送给网关节点,网关节点再通过串口传送给上位机。上位机包含的功能模块有串口选择的发送、数据库的连接读存、滤波算法的处理、定位算法的计算以及最后定位结果的显示。最后本文对实验采集到的数据进行了分析。运用matlab对采集到的数据和处理后的数据进行了绘制波形,对比波形可以看出滤波处理的效果。对定位算法中非固定最佳近邻点个数的方法和固定最佳近邻点个数的方向进行了人工计算分析,通过对比显示了改进后算法的优势。
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