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ZigBee技术定位解决方案

作者: Jarle Boe 德州仪器公司,  出处:电子设计应用, 责任编辑: 董柱, 
2008-06-05 10:16
  定位引擎实现了 ZigBee 网络射频的“房间式”精确性,而且功耗低,通信开销也实现了最小化。另外,定位引擎技术还能运用现有的 ZigBee 基础设施来确定网络中的位置。

  将定位技术纳入网络协议

  一些采用定位引擎的应用可能要求放置若干个参考节点,以作为基础设施设置不可或缺的一部分。ZigBee 技术能够实现对家庭、办公以及工业等应用的无线控制。随着 ZigBee 设备在楼宇基础设施中的安装数量不断增多,ZigBee 将会在家庭和办公自动化方面拥有更为广阔的应用前景。

  典型的办公场所都会配置 ZigBee 设备,通过各办公室和会议室中的温度传感器、控制温度调节装置以及 A/C 导管。同时,每个房间还会安装由 ZigBee 控制的灯具开关和设备,而这些设备又易于作为定位引擎的参考节点。将 ZigBee 射频作为 ZigBee 协议栈上的参考节点所需的代码容量通常小于 1 Kb。

  定位引擎从3~16 个参考节点采集数据,并使用这些数据计算定位位置。如果定位引擎从 16 个以上的节点接收到数据时,它则会将接收到的参考节点位置进行分类,然后采用 16 个参考节点中信号最强的 RSSI 值。

  扩大覆盖范围

  定位引擎的覆盖范围为 64m×64m,然而,大多数的应用要求更大的覆盖范围。扩大定位引擎的覆盖范围可以通过两种方法来实现:

  * 提高参考节点的输出功率,同时降低定位引擎计算结果的精度;

  * 在一个更大的范围布置参考节点,并利用最强的信号进行相关参考节点的定位计算。

  由于第二种方法能够在定位引擎扩大覆盖面的同时不牺牲定位精度,因此更为可取。具体的工作原理是:网络中的待测节点发出广播信息,并从各相邻的参考节点采集数据,选择信号最强的参考节点的 X 和 Y 坐标。然后,计算与参考节点相关的其他节点的坐标。最后,对定位引擎中的数据进行处理,并考虑距离最近参考节点的偏移值,从而获得待测节点在大型网络中的实际位置(见图1)。

  

  图1 表明定位位置和信息路径的ZigBee网络

  为了达到最佳的定位范围,当布置参考节点时,应同时考虑到室内和室外环境中天花板/地板的吸附作用。最佳的方案就是使各节点处于相同的高度,并远离地面、天花板以及墙壁。在实际的部署过程中要达到这种要求,是比较困难的。因此,尽量将参考节点固定在天花板的高度或低于天花板的高度,并使天线倒置以使 RF 信号向外和向下传输,同时将待测节点(手持或固定于设备)放置在人的腰部以上、头部以下位置(此处提到的高度是以人站立在该环境中为标准的)。节点的这种设置方法实现了天花板和地板吸附作用的最小化,同时将实现在该场所中的行人或物体之间相互干扰的最小化。

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