一种基于ZigBee的车辆定位方法
EDA任务8基于Zigbee车载无线定位技术设计
任务七 基于Zigbee车载无线定位技术设计（刘相皓负责） CC2431/ZigBee是TI公司推出的带硬件定位引擎的片上系统(SoC)解决方案，能满足低功耗ZigBee/IEEE 802.15.4无线传感器网络的应用需要。
CC2431定位引擎基于RS-SI(Received Signal Strength Indicator，接收信号强度指示)技术，根据接收信号强度与已知参考节点位置准确计算出有关节点位置，然后将位置信息发送给接收端。
相比于集中型定位系统，RSSI功能降低了网络流量与通信延迟，在典型应用中可实现3～5 m定位精度和0.25 m的分辨率。
要求：（1）设计基于FPGA控制器的zigbee发射和接收模块（2）测出小车经度和纬度，要求至少给出100个测试点（3）显示电路、消抖电路、外围保护电路（4）外围电路必须protel99或相关电路画图软件，不能用word和非电路设计软件画。
FPGA 芯片内部电路必须有整体和单元的综合电路，和对应波形及其详细说明。
（5）课程报告字数要求3000字以上。
说明：（1）课程设计必须有自己原创设计，除VHDL综合电路外，控制器外的模拟电路要要有自己原创设计，考虑越详细越好。
尽量避免给其他同学直接抄袭，否则会递减自己的成绩。
（2）每3人可以为一组，参加答辩符合设计要求，答辩效果完美，并完成优秀者为优。
完成设计，答辩较好为良。
选择不答辩或答辩效果较差成绩为中（注：报告格式都较好，否则为及格）。
不答辩，报告格式有问题者为及格。
（3）每班同学一小组一题，每组题目应该不同。
不同班级的可以相同。
分组同学可以相互研究，但设计报告雷同度超30%，设计主要思路雷同视为抄袭，被抄袭同学和抄袭同学成绩都为合格。
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基于ZigBee的机车无线定位方法研究
二乘定位算法的车站机车精确定位方法 。证明了该方法对 由于无线定位设备晶振频 率差 异导 致的测量误差有较 高 的鲁棒性 ，具有比其他定位方法都高的定位精度 ，完全满足机车定位对精度 的要求。最后通过分析和 比较实 验数据 ，证明了该机车精确定位方法的可行性和有效性 。
关键词 ：机车定位 ；精确定位 ；无线传感器网络 ； Ｓ － Ｗ － ＤＳ Ｔ ＴＯＡ；最小二乘法
ｃａ ｍｉｅ ａｐｅｉｏ ｏａｉｎｍｅ ｏ ｏ ｎ ｅｇｏ ｎ ｅｓｎ ｅ ｔ ｃ ｉｇｂｓｄｏ ＤＳ Ｗ — ＯＡ ｒｎ ｎ ｎ ｏｌ ｎ ， ｒｃｓ ｎｌｃｔ ｔ ｄｆｒ ｄ ｒｒｕ ｄｐ ｒ ｎ ｌｒ ｋｎ ａ ｎＳ Ｔ ｉ ｏ ｈ ｕ ｏ ａ ｅ Ｔ ｇ ｇａ ｄ ａｉ
Ａ Ａ 、测量到达 时间 （ｉ ｆ ｒｖ ， Ｏ ） Ｏ） Ｔｍｅ ｒ ａ Ｔ Ａ 和测量到达时 ｏＡ ｉ ｌ 间差 （ｉ Ｄｆ ｒｎｅ ｆ ｒｖ ， Ｄ Ａ） Ｔｍｅ ｉｅ ｃ ｏ Ａ ｒ ａ Ｔ Ｏ 等。 ｅ ｉ ｌ
中， 它满足 ＩＯ Ｏ Ｉ ｓ ／ Ｓ 参考模型。物理层和 ＭＡ Ｃ层采用 了
ｌ ａｔ ｑ ａ ｅ ｍ ｅｈ ｄ ｗａ ｒ ｐ ｓ ｄ ｅ ｓ—ｓ ｕ ｒ ｔ ｏ ｓｐ ｏ ｏ ｅ ．Ｔｈ ｔ ｏ ’ ｒ ｂ ｓｎ ｓ ａ ａｎ ｔｍ ｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔｅ ｒ ｒｃ ｕ ｅ ｙ ｗｉ ｌｓ ｌ ｃ ｔ ｎ ｅ ｍｅ ｈ ｄＳ ｏ ｕ ｔ ｅｓ ｇ ｉ ｓ ａｕ ｅ ｎ ｒｏ ａ ｓ ｄ ｂ ｒ ｅ ｓ ｏ ａｉ ｅ ｏ ｅ ｕ ｐ ｎ ’ ｃｙ ｔｌｏ ｓｔｗａ ｒ ｖ ｄ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｒ ｓａ ｆ ｅ ｓｐ ｏ ｅ ．Ｔｈ ｅ ｓ ｉ ｔ ｎ ｆ ｃ ｉｅ Ｃ Ｓｏ ｅ ｍ ｅｈ ｄ ｗｅ ｅ ｖ ｒ ｅ ｙ ａ ａｙ ｉ ｇ ａ ｄ Ｓ ｅ ｆａ ｉ ｌ ｙ ａ ｄ ｅ ｆ ｔ ｎ Ｓ ｆｔ ｔ ｏ ｒ ｅ ｆ ｄ ｂ ｎ ｌｚｎ ｎ ｂｉ ｅ ｖ ｈ ｉ ｉ
基于ZigBee技术的定位系统
基于ZigBee技术的定位系统引言随着数据业务和多媒体业务的快速增加，人们对定位与导航的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境，如机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场等环境中，常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位置。
但是受定位时间、定位精度以及室内复杂环境等条件的限制，比较完善的定位技术目前还无法很好地利用。
ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，它最显著的特点是低功耗和低成本。
利用ZigBee技术实现定位具有低成本、低功耗的优点，且信号传输不受视距的影响。
1 相关核心技术概述1.1 ZigBee技术概述ZigBee技术[1]是一种新兴的近距离、低功耗、低成本、低数据率、低复杂度的双向无线通信技术，它是基于IEEE 802.15.4标准开发的无线协议。
网络层以上协议由ZigBee联盟制定，IEEE 802.15.4负责物理层和链路层标准。
完整的ZigBee协议套件由应用层、应用架构层、网络层以及数据链路层和物理层等组成，协议栈结构如图1所示。
图1 ZigBee协议栈结构ZigBee可使用的频段有3个，分别是2.4 GHz的ISM频段、欧洲的868 MHz 频段以及美国的915 MHz 频段，不同频段可使用的信道分别是16、1、10个。
中国采用2.4 GHz频段，它是免申请和免使用费的频段；采用直接序列扩频技术DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)，传输距离介于10~75 m（增加RF发射功率，可达500 m）；传输速率为20~250 kb/s，适合传感器数据采集和控制数据的传输。
ZigBee技术具有强大的组网能力，可以形成星型、树型和MESH网状网。
1.2 RSSI定位技术RSSI[2]（Received Signal Strength Indicator，接收信号强度指示）是指节点接收到的无线信号强度大小。
在基于接收信号强度指示RSSI 的定位中,已知发射节点的发射信号强度,接收节点根据接收到信号的强度计算出信号的传播损耗,利用理论和经验模型将传输损耗转化为距离,再利用已有的算法计算出节点的位置。
基于ZigBee技术的车辆测速系统设计
基于ZigBee技术的车辆测速系统设计【摘要】车辆的定位及测速对智能交通系统有着重要的意义。
本文基于ZigBee技术，采用CC2431芯片为定位核心，采用RSSI定位算法，构建了一款无线测速系统，介绍了测速系统的工作原理。
通过试验结果表明，该系统设计合理，能够满足实际交通环境下对车辆测速精度、稳定性的要求。
【关键词】ZigBee;测速;定位;RSSIThe design of vehicle velocity-measuring system based on ZigBeeDawei zhao（College of Computer Science and Technology，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China）Abstract：Position and velocity-measuring of the vehicle is of important significance to the intelligent transportation system.Based on ZigBee technology，using CC2431 chip as the core with positioning，and RSSI positioning algorithm，this paper presents an wireless velocity-measuring system，and introduces the work principle of the system.Through the experiment，verified the system design is reasonable，can meet the requirements of vehicle velocity-measuring precision and stability in actual traffic environment.Key words：ZigBee;velocity-measuring;localization;RSSI1.引言随着高速公路的发展，为提高公路通行效率，降低交通事故发生率，智能交通系统的研究逐渐成为了热门的研究方向。
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一种基于ZigBee的车辆定位方法
作者：张鸰
来源：《电脑知识与技术》2013年第34期
摘要：车辆的无线定位技术一直以来都是智能交通系统（ITS）中的一个热点和难点。
该文提出了一种道路交通中实现车辆无线定位的的解决方案，系统以无线传感器网络中的ZigBee技术为基础，通过研究分析交通车辆定位系统实际需求，制定了研究方案的软硬件技术指标。
再结合 ZigBee 无线网络技术的组网特点给出系统总体设计结构，阐明系统算法结构及系统配套硬件设计。
该系统方案为当前的智能交通系统的构建提供了一些有意探索和思路。
关键词：智能交通系统；车辆定位；ZigBee；RSSI
中图分类号：TP18 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）34-7843-04
伴随着我国经济的高速发展，在中国社科院发布的《中国汽车社会发展报告2012-2013》上预计，2013年第一季度中国私家车拥有量将达到了1亿辆，未来的10年内城市家庭车辆拥有量将达到60%。
但随之而来的道路拥堵、能源短缺、空气污染和土地资源稀缺问题又日益凸显。
目前比较可行的应对方式就是采用智能交通系统（ITS）来科学的管控整个交通体系。
智能交通系统（ITS）可以实现对交通运输过程中多方面的信息进行实时采集，可以为道路建设和管理提供较为准确的数据依据。
特别是通过现代化的手段可以方便的实现对车辆的监控与管理等功能。
但较为传统ITS信息的采集一般利用以太网线方式实现数据传输，安装维护成本比较高。
Zigbee无线网络技术具有传输频段及速率、传输频段及速率设备功耗低、网络容量大、安全性好、可靠性高、低成本等众多优良特性，同时还具体自组织组网能力，能够支持支持多种不同的网络设备。
只需要将节点布设在一定地理位置（≦1000m）内，就能自组织的形成一个健壮的Zigbee 网络，天然的适合完成整个智能交通数据采集任务。
每个Zigbee节点都具备路由转发功能，数据能够通过Zigbee 网络自动转发到管理服务器，大大的降低安装和维护的难度及成本。
1 ZigBee技术简介
近年来，随着无线通信技术的迅猛发展，出现了许多新的短距离无线通信技术，仅仅IEEE 802.11一种协议簇里面就拥有了如802.11b、802.11g、802.11ac等一系列协议标准。
还有其他如数字增强无绳电话（DECT）技术、超宽带（UWB）无线通信技术、红外技术、蓝牙（Bluetooth）技术以及家庭无线射频（HomeRF）技术等，这些技术的发展使得当前无线网络各项性能都得到了很大的提高，更加适用于各种应用场合。
特别是随着无线传感器网络的发展，对无线网络设备低成本、低功耗的要求越来越高，技术脱颖而出。
ZigBee是IEEE802.15.4标准的扩展集，ZigBee不仅具备IEEE 802.15.4关于物理层和MAC层规定的全部优点：低成本、低功耗、低复杂度。
同时还增加了对网络安全性和应用层的规范定义，可以说是一种天然适应于交通运输等的较为复杂场景的应用协议。
结合其他无线技术可以实现无所不在的网络。
ZigBee与其它几种常用的无线传输方式性能对比如表1。
2 车辆定位设计
本方案利用Zigbee技术解决道路交通中动态运行并且相对分散的车辆信息采集和集中管理困难的问题，传感器节点通过无线Zigbee网络与交控中心服务器进行数据交换。
数据中心通过对传感器节点采集的车辆信息进行定位算法分析，从而得到较为精确的车辆位置信息。
2.1定位算法的选择
当前基于Zigbee无线网络的主流定位算法有两类：有测距的定位算法和无测距的定位算法。
有测距定位算法如：RSSI算法、到达时间（ToA）、到达时间差（TDoA）、到达角度（AoA）等；无测距的定位算法：近似三角形点内测试法、质心算法和基于距离向量—跳断定位算法等。
通过对上述多种定位算法的比较和分析，本方案将选择具有计算复杂度低、成本低的RSSI定位算法作为主要数的学方法。
2.1.1 RSSI定位算法
RSSI原理：[PR]是无线信号的接收功率，r是收发单元之间的距离，n是传播因子，数值大小取决于无线信号传播环境，如公式：[PR（dBm）=A-10nlgr]。
即在已知车辆节点信号发射功率和传播因子的情况下，测量固定节点的接收功率并经过计算就可将损耗值转换成距离值实现测距。
如图1显示，在理想情况下，在小范围道路中三个智能节点设备就能精确的获取车辆的位置信息。
RSSI定位算法计算复杂度低、成本低，但在实际应用中，会受到各种环因素的干扰，影响RSSI定位精度。
因此在应用RSSI算法时需结合其他算法以提高定位精度。
2.1.2 目标节点坐标算法
在通过RSSI算法得到车辆目标节点和参考节点之间距离后，更进一步需要获得车辆目标节点的准确坐标。
这就要结合三边测量法、三角测量法、MLE算法等数学计算方法。
该文采用的车辆目标节点M的坐标可以通过方程组求解得到，由公式可知计算精度与参考节点数目有关，参考节点越多，误差越小，结果越精确。
2.2硬件设计
本文构建的无线ZigBee定位网络中，包括协调器节点、参考节点和车辆目标节点三大部分：①协调器节点负责整个无线传感器网络的协调、调度。
②参考节点其物理位置固定不变，且位置已知。
③车辆目标节点是待测节点，位置动态变化，具体位置由CC2431定位引擎通过RSSI定位算法计算获得。
其中，协调节点（网关节点）是中心控制器，所有的有效数据都要通过它交换到数据服务器和其它节点。
协调节点流程图如图2所示。
参考节点已知的固定坐标的检测节点，，它并不参加定位计算。
一个科学的定位区域通常由8个参考节点组成，至少要保证有3个以上的参考节点。
.参考节点流程图如图3所示。
协调器和参考节点的模块选择为TI公司的CC2430。
考虑到成本因素本文中，将CC2431作为车辆目标节点模块的核心控制器件。
CC2431是德州仪器（TI）推出的具有硬件定位引擎的片上系统（SoC）解决方案。
与CC2431无线定位相关的寄存器有：LOCENG、REFCOORD、MEASPARM、LOCX、LOCY以及LOCMIN。
CC2431定位流程如图4所示。
2.3 整体设计
本文设计的智能交通系统中车辆定位研究框架如图5所示，第一步在待监测区域路段布设ZigBee无线网络参考节点。
参考节点的安装要根据交通状态的特征、现场环境、定位精度等不同要求合理地布设。
第二步在被监测车辆上布设目标节点，要确保目标节点与参考节点之间的正常通信，同时将车辆目标节点的坐标信息传输到网关节点。
第三步将网关节点到交通控制中心服务器的数据传输，此部分的数据交换采用传统的有线网络方。
数据处理服务器根据实时交通状态利用各种优化处理算法发出控制指令，高效的实现交通管理。
3 结束语
本文以智能交通体系中的车辆定位技术应用为研究背景，以提供高效的交通管理解决方案为研究目标。
依托于ZigBee无线网络技术，提出了RSSI算法和MLE算法相结合的定位思路。
通过对交通定位系统的分析设计了车辆目标节点模块、参考节点模块、协调节点模块等部分，从而实现道路交通过程中的车辆准确定位。
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