简易无线定位装置

室外定位 GPS A-GPS
室内定位 蓝牙 超声波 UWB ZIGBEE
定位系统简介（空间定位技术）
GPS定位系统 基本原理：是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算 数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。 特点：全球，全天候工作 能为用户提供连续，实时的三维位置，三维速度和精 密时间。不受天气的影响。 定位精度高 单机定位精度优于10米，采用差分定位，精度可达厘 米级和毫米级。 功能多，应用广 随着人们对GPS认识的加深，GPS不仅在测量，导航， 测速，测时等方面得到更广泛的应用，而且其应用领域不 断扩大。
FSK解调电路
FSK11 FSK22
从机1 位置 12 11 10 9 8 7
当主机在左下角落的时候建立D1-D4距离数据表格
从机2 位置
6
5 4
D1 主机
D2
3
D3 2 1 从机3 位置 0 1 2 3 4 5 6
D4
7
8
9
10
11
12
从机4 位置
硬件设计—方案
1）射频端：不需要构成半双工系统，单工系
统。 2）主机：能传输数据给从机；对接收到的从 机信号进行功率测量。 3）从机：能够接收主机发送来的数据；能够 发送固定载波，保证功率一致。

竞赛题目分析
1）该无线定位装置属于室内定位技术，采用
的是射频识别技术的定位方式。 2）室内定位的最基本的算法 （1）起源蜂窝小区技术； （2）时间到达法（TOA）； （3）时间到达差法（TDOA）； （4）信号强度法（RSSI）； （5）到达角度差法（AOA）
计算电磁波的传输时延
结束
查表法得到位置信息
建立一个11*11的二维数据表格,通过查表法
得到位置信息。建议不要使用算法去计算定 位信息，使用太多的数学函数（SIN ，COS） 后会增加时间定位时间和增加程序的复杂度。
关闭从机1，建立D2-D4距离数据表格 12 11 10 9 D2 8 7 主机
从机2 位置
6
5 4 D3 D4
多次测量功率，取平均值。 发送端采用自动增益控制，保证发端功 率一致。 采用全向天线，尽可能要减少接收到的反 射信号。
数据收发参考原理图-1
ASK调制电路
ASK1 ASK2 ASK3
ASK解调电路
ASK11 ASK22 ASK33 ASK4
数据收发参考原理图-2
FSK调制电路
FSK1 FSK2

定位系统简介（手机定位技术）

手机定位技术: 指利用GPS定位技术或者基站定位技术对手机进行定位 的一种技术。基于GPS的定位方式是利用手机上的GPS定位 模块将自己的位置信号发送到定位后台来实现手机定位的。 基站定位则是利用基站对手机的距离的测算距离来确定手机 位置的。后者不需要手机具有GPS定位能力，但是精度很大 程度依赖于基站的密度，有时误差会超过一公里。前者定位 精度较高。(A-GPS)
接收到的功率和定位算法
1）通过接收到的功率可以计算出各从机到主
机之间的距离。 2）得到距离D1：主机到从机1的距离 D2：主机到从机2的距离 D3：主机到从机3的距离 D4：主机到从机4的距离
从机1 位置 12 11 10 9 D1 8 7
当主机在中间的时候建立D1-D4距离数据表格
从机2 位置
超声波技术
超声波定位：
目前大多数采用反射式测距法。系统由一个主测距器 和若干个电子标签组成，主测距器可放置于移动机器人本 体上，各个电子标签放置于室内空间的固定位置。
定位过程如下：
先由上位机发送同频率的信号给各个电子标签，电子 标签接收到后又反射传输给主测距器，从而可以确定各个 电子标签到主测距器之间的距离，并得到定位坐标。
发挥部分
(1)将主机放置在图中任意位置，主机将能够自动识 别自己的位置，以3号从机为原点，并显示其所 处坐标，误差不大于2米(定位时间20S内完成)。 (2)将主机放置在图中任意位置，主机将能够自动识 别自己的位置，并显示其所处坐标，误差不大 于1米（定位时间10S内完成）。 (3)将图中四个从机中的任意一个关闭，仍能完成发 挥部分第（2）步。 (4)主机和从机采用50Ω鞭状天线，天线长度不大于 １ｍ。要求高频功率放大器的输岀功率 ≤100mW（在负载电阻50Ω上）,且通过液晶显 示所处位置。 (5)从机采用电池供电。
查询从机1
查询从机2
查询从机3
查询从机4
从机1接收到数据
从机2接收到数据
从机3接收到数据
从机4接收到数据
发送固定载波持续 一段时间,供主机 进行功率检测
发送固定载波持续 一段时间,供主机 进行功率检测
发送固定载波持续 一段时间,供主机 进行功率检测
发送固定载波持续 一段时间,供主机 进行功率检测
主机检测到功率，并计算出到各从机的距离 D1,D2,D3,D4。换算出主机目前的坐标值
定位系统简介（室内定位）
室内定位:
在一些特定场合的实用性和必要性已经日趋显著，其 应用前景广阔，研究意义非常大，目前也是一个非常热门的 议题。如机场的大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停 车场和矿井中使用。
室内定位技术解决方案：
A-GPS技术、超声波定位技术、蓝牙、红外线、射频 识别、超宽带、无线局域网、光跟踪和图像分析等等

距离和损耗图表
传输距离（d） L(dB)=32.44+20lgf(MHz)+20lgd(km)
0.5m 0.44 dB
1m
2m 3m 4m
6.44
dB
12.46 dB 15.98 dB 18.48 dB
方案确定
采用信号强度法（RSSI），利用主机接收到
的信号强度得出各从机到主机之间的距离， 运算得出定位信息。
红外技术
红外线：
一种波长间于无线电波和可见光波之间的电磁波。 典型的红外线室内定位系统是待测物体附上一个电子标 识，该标识通过红外发射机向室内固定放置的红外接收机周 期发送该待测物唯一ID，接收机再通过有线网络将数据传输 给数据库。这个定位技术功耗较大且常常会受到室内墙体或 物体的阻隔，实用性较低。
3
2 1 从机3 位置 0 1 2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
从机4 位置
从机1 位置 12 11 10 9 8 7
关闭从机4，建立D1-D3距离数据表格
从机2 位置
6
5 4
D1 主机
D2
3
D3 2 1 从机3 位置 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
定位中不稳定处理
测量接收功率中的不稳定性?
说明
(1)频率选用15MHZ~50MHZ内自选； (2)可选用接收机专用集成电路自行设计与装调， 不允许用成品接收机； (3)为便于测量电路的性能指标，应留出相关的 测量端口； (4)测试前应完成整机调整，测试中不允许对整 机进行任何手动调节以及软件 更改。分析 与识别结果应在显示屏上正确显示。
定位系统的划分
计算电磁波的传输衰减
自由空间传播损耗：
L(dB)=32.44+20lgf(MHz)+20lgd(km) 由前面计算主机到从机的距离为: d=4.2m=0.0042km 假设所采用的通信频率为： f=50MHZ 计算出： L(dB)= 32.44+34-47.5=19(dB) 得出发送到接收衰减了19dB

题目中要求频率在15-50MHZ，电磁波在空气 中的传输速度为： 主机到各从机的距离为：
v 3 10 m / s
8


传输时间为：
32 32 18 4.2m
4.2m 8 1.4 10 s 0.14ns 8 3 10

通过上述的计算，主机和从机的时间差太短， 仅有0.14ns,器件很难实现。
D2
主机
6
5 4 D3 D4
3
2 1 从机3 位置 0 1 2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
从机4 位置
从机1 位置 12 11 D1 10 9 8 7
当主机在左上角落的时候建立D1-D4距离数据表格
从机2 位置
D2 主机
6
D3 5 4 D4
3
2 1 从机3 位置 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 从机4 位置
射频识别技术

ZigBee技术的室内定位系统：
是通过在传感器网络中布置参考节点，移动节点构成系 统的，参考节点为静态节点，它们发送位置信息和RSSI值 给移动待测节点，该节点将数据写入定位模块，分析计算得 到自身位置。该系统常采用分布式节点设置，可以减少网络 数据工作量和通信延迟的问题。
精度：2m以内，平均1m。 缺陷：网络稳定性还有待提高，易受环境干扰。
硬件设计—框图（主机）
AD转换 单片机 功率检测 (检波)
调制(ASK/FSK) 切换开关
硬件设计—框图（从机）
振荡器
放大器 (自动增益控制)
单片机
解调(ASK/FSK) 切换开关
软件设计---程序流程图
开始
初始化主机处于发送状态，各从机处于接收状态 主机发送查询指令：0X01,0X02,0X03,0X04
简易无线定位装置
任务：
设计并制作一个简易无线定位装置，在一 个6*6米的正方型空间内放置5个无线装置， 包含4个从机和1个主机。
原理框图
基本要求
(1)将主机放置在图中中心位置，主机能够自动识别已 经处在从机包围的区域内，并发出提示音；将主 机放在区域外（至少超出边横框2米外），主机 能自动识别超出测试范围并发出报警声（30S内 完成）。 (2)将主机放置在图中任意位置，主机将能够自动识别 自己的位置，并显示与四个从机各点的距离，误 差不大于2米（定位时间40S内完成）。 (3)发射功率小于1W，主机采用电池供电，从机可采 用电源供电。