如何選擇無線定位開發(fā)平臺

如何選擇無線定位開發(fā)平臺
                                                  作者：無線龍 2007－10－22
一、無線定位技術(shù)正在走向我們的生活
        前些日子，在美國的很多大型電器商店，都擺放著一種大型廣告牌，廣告的主角是著名NBA籃球明星姚明，姚明背靠著一輛時髦的轎車，手拿一部較新的GPS 衛(wèi)星定位系統(tǒng)，廣告詞是：“我再也不會迷路了！”
       的確，以GPS為代表的新一代無線定位技術(shù)，正在以空前的速度向我們走來，目前的GPS衛(wèi)星導(dǎo)航芯片，體積越來越小，接收靈敏度越來越高，啟動時間也越來越快，難怪如今的駕車簇，很多人都有了自己的各種GPS系統(tǒng)，也向姚明一樣，再也不會迷路了。
       正像GPS衛(wèi)星無線定位技術(shù)快速普及一樣，另一種全新的，以無線單片機(jī)為核心的新興無線定位技術(shù)，也開始嶄露頭角，這項新技術(shù)的主角就是TI公司的CC2431芯片和ZigBee技術(shù)聯(lián)手打造的新型無線定位技術(shù)。
       采用該項新技術(shù)實現(xiàn)無線定位，具有更低的成本（每個定位節(jié)點低于2美元），精度更高（2.5米）定位精度，能夠在室內(nèi)，倉庫等環(huán)境下可靠工作等無可比擬的優(yōu)點，在嵌入式無線領(lǐng)域中，引起了廣泛重視。
       以CC2431為核心的無線定位技術(shù)，將為我們的生活，帶來一些全新的變化：
       你去商場，想要為另一半尋找較合適的生日禮物，該從那里著手？其實很簡單，只要拿出行動電話或PDA搜尋禮品區(qū)，行動裝置就會顯示賣場地圖，并且告訴消費者往那個方向走，當(dāng)消費者穿過賣場時，還會顯示可能感到興趣的東西……
    繁忙的礦井深處，一聲巨響，礦井里漆黑一片，可是遍布井下的低功耗無線網(wǎng)絡(luò)，卻能準(zhǔn)確的找到每一個被困井下的礦工的精確位置，因為，每個礦工，都有一顆特制的鈕扣，里面有一個CC2431的無線定位芯片……有了這些實時準(zhǔn)確的信息，救援工作有條不紊地進(jìn)行……
    繁忙的急救中心，正在搶救一位重病患，時間就是生命，需要一種特殊的醫(yī)療儀器，但是手術(shù)室一時沒有發(fā)現(xiàn)，護(hù)士在電腦中，輸入該儀器的名字，幾秒鐘時間，電腦屏幕上，就準(zhǔn)確顯示出該儀器的位置，這是因為，每臺儀器上，都有一個CC2431定位芯片，在需要時，你可以準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)該儀器在醫(yī)院中的精確位置。

二、ZigBee無線定位技術(shù)原理
德州儀器(TI)ZigBee無線射頻元件CC2431所含的定位引擎(Location Engine)就像是室內(nèi)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)，利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)的無線射頻基礎(chǔ)設(shè)施計算物品或人員的位置。相較于GPS系統(tǒng)，把定位引擎和微控制器(MCU)全部整合至單晶片射頻收發(fā)器，不僅耗電量遠(yuǎn)少于GPS硬體，成本更不到其十分之一，且無論在室內(nèi)或室外，只要有ZigBee網(wǎng)絡(luò)的地方就能使用。常見應(yīng)用包括從屋內(nèi)不同房間移動時，遙控開燈或關(guān)燈；裝運(yùn)碼頭的貨柜追蹤，以及從網(wǎng)站追蹤特定設(shè)備。定位引擎還能簡化無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)定，能在新設(shè)備加入網(wǎng)路時找出其所在位置。  
    多數(shù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)都需一套方法判斷網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的位置，所以使用者必須在安裝時決定應(yīng)該互相交換的資料，以及應(yīng)與中央資料搜集點互傳資料的節(jié)點。市場上許多解決方案透過軟體計算網(wǎng)絡(luò)節(jié)點位置，這類系統(tǒng)的節(jié)點讀取位置計算所需的參數(shù)，然后把資訊送到中央資料搜集點，算出位置后再傳回給節(jié)點，這個過程的運(yùn)算量很龐大，須用到個人電腦或高效能微控制器。  
這種計算位置的方式僅對小型網(wǎng)絡(luò)和少數(shù)節(jié)點有用，因為執(zhí)行計算所需的網(wǎng)絡(luò)流量會隨著節(jié)點數(shù)目的指數(shù)增加。高流量負(fù)載和頻寬不足讓這套方法只能用于電池供電的網(wǎng)絡(luò)，可利用分布式定位計算解決這個問題，可先讓網(wǎng)絡(luò)節(jié)點找出多個已知位置且距離較近的參考節(jié)點，然后根據(jù)參考節(jié)點傳來的資訊計算本身的位置，因此，網(wǎng)絡(luò)流量將只出現(xiàn)在待測節(jié)點(Blind Node)連接范圍內(nèi)的節(jié)點。另外，由于網(wǎng)絡(luò)流量只會隨待測節(jié)點的數(shù)目等比例增加，所以同一個網(wǎng)絡(luò)可有很多個待測節(jié)點。本文介紹的結(jié)果是以ZigBee網(wǎng)絡(luò)測量值為基礎(chǔ)，但也適用于較簡單的IEEE 802.15.4網(wǎng)路。
定位引擎會根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)里，相鄰無線裝置傳來的接收訊號強(qiáng)度指標(biāo)(RSSI)計算自己的位置。隨著環(huán)境不同，兩臺無線裝置之間的RSSI訊號會有很大差異，舉例來說，若有人在兩臺無線裝置的中間走過，接收訊號就可能減少30dBm，為彌補(bǔ)這么大的差異，定位引擎較多會根據(jù)十六臺無線裝置傳來的RSSI值進(jìn)行計算，以便得到精確的位置，這種做法的邏輯是利用多個節(jié)點求取平均值，即可將RSSI的變異量消除。
     在無線射頻網(wǎng)絡(luò)里，已知位置的定位引擎無線裝置稱為參考節(jié)點(Reference Nodes)，須要計算其位置的節(jié)點稱為待測節(jié)點。參考節(jié)點與待測節(jié)點之間唯一須要傳送的資訊就是參考節(jié)點的X和Y座標(biāo)。定位引擎會根據(jù)參考節(jié)點傳來的訊息測量RSSI值，配合所收到的X和Y座標(biāo)計算其位置。  
     有些定位引擎應(yīng)用須安裝多個參考節(jié)點，做為基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)的一部分。 ZigBee技術(shù)提供家庭、辦公室和工業(yè)應(yīng)用無線遙控能力，可廣泛用于家庭和工業(yè)自動化應(yīng)用，且會有更多ZigBee裝置安裝到建筑物的基礎(chǔ)設(shè)施，使ZigBee技術(shù)更普及化。
     典型的辦公室環(huán)境可能會利用ZigBee應(yīng)用裝置控制每間辦公室和會客室的空調(diào)設(shè)備及含有溫度感測器的交流電源管線，每個房間還可能有ZigBee控制的電燈開關(guān)及設(shè)施，這些不同的設(shè)備很容易就能當(dāng)做定位引擎的參考節(jié)點使用，一般而言，ZigBee無線裝置只需不到1KB的程式，就能擔(dān)任ZigBee協(xié)定堆疊之上的參考節(jié)點。定位引擎能搜集三至十六個參考節(jié)點的資料，再利用這些資料計算位置，其若收到超過十六個節(jié)點的資料，會根據(jù)這些參考節(jié)點的位置排序，然后使用前面十六個節(jié)點的RSSI值。

三、選擇合適的無線定位開發(fā)工具
     為了快速入門和掌握這套先進(jìn)的無線定位技術(shù)，你需要有一套自己的無線定位開發(fā)系統(tǒng)，這套系統(tǒng)應(yīng)該滿足下面的條件：
      1)需要比較詳細(xì)的教材，能夠讓你學(xué)習(xí)相關(guān)入門的無線和無線定位技術(shù)基礎(chǔ)知識,目前很少有芯片制造公司愿意投資去開發(fā)這方面的詳細(xì)教材和教程。
        2)一套可以實際動手的實驗裝置，和上面的教材相結(jié)合，指導(dǎo)讀者一步一步通過實驗來驗證教材上的原理，獲得實際動手開發(fā)無線定位產(chǎn)品的經(jīng)驗。
         3)相關(guān)的軟件源代碼實例，包括如何使用ZigBee通訊協(xié)議，數(shù)據(jù)效驗，無線通訊算法，網(wǎng)絡(luò)組織，相關(guān)無線定位的實現(xiàn)等等，讓使用者可以模仿這些代碼來開始學(xué)習(xí)過程。
        4)實驗裝置要有比較直觀的顯示單元和執(zhí)行部件，傳感器等。讓學(xué)習(xí)者能以直觀的方式，很容易的觀察無線通訊和無線網(wǎng)絡(luò)和無線定位的實際運(yùn)行效果,克服沒有高頻實驗設(shè)備對學(xué)習(xí)帶來的困難。
       5)需要必須的開發(fā)，編譯，下載，調(diào)試工具。配合進(jìn)行實驗代碼的下載運(yùn)行和實際進(jìn)行無線產(chǎn)品開發(fā)。
        6)需要平民化的價格,任何感興趣的工程師和單位能買得起。
        目前你可以選擇購買原廠提供的CC2431開發(fā)系統(tǒng)（國內(nèi)也有廠家在號稱推出了這樣的“原廠設(shè)計”的系統(tǒng)），這套原廠設(shè)計的開發(fā)系統(tǒng)并不是針對國內(nèi)用戶的需要，不但價格高昂（$2000美元），而且關(guān)鍵的顯示部分是字符LCD，不能顯示漢字，更為缺陷的是，沒有配套的教程和詳細(xì)中文教材支持，使國內(nèi)客戶在進(jìn)行復(fù)雜CC2431無線定位技術(shù)開發(fā)上，更加困難。
        成都無線龍通訊公司較近上市的全新CC2431開發(fā)平臺，基本上滿足了上述六個方面的要求，解決了“原廠設(shè)計”的弊端，是一套容易使用，學(xué)習(xí)方便，價格低廉，完全為國內(nèi)本土化設(shè)計的無線定位開發(fā)系統(tǒng)，令人耳目一新。
成都無線龍通訊科技公司，是國內(nèi)較早投入短距離無線通訊和無線單片機(jī)技術(shù)開發(fā)的先鋒。多年來，在國內(nèi)推出了多個個包括CC2430/CC2431ZigBee開發(fā)系統(tǒng)在內(nèi)的短距離無線開發(fā)系統(tǒng)和教學(xué)平臺，目前國內(nèi)外有大量客戶群，并批量裝備了清華大學(xué)，浙江大學(xué)，成都電子科技大學(xué)等重點大學(xué)相關(guān)實驗室。
無線龍ZigBee2006－CC2431開發(fā)平臺具有下列“原廠設(shè)計”無法具備的顯著優(yōu)點：
        1)直觀性和容易使用
         CC2431無線定位開發(fā)系統(tǒng)，包括了直觀的OLED圖形顯示單元，既經(jīng)濟(jì)，又現(xiàn)代、美觀，而且可以顯示多行漢字和圖形，無須昂貴的儀器，你就可以直觀的“看”到和“摸”到無線定位的實際效果，包括參考節(jié)點定位坐標(biāo)，各種無線定位配置數(shù)據(jù)等，無線龍?zhí)峁┑腪igBee無線定位剖面和各種無線定位實驗，將大大提高你的興趣和幫助你破解無線定位神秘的想法；實際體驗無線定位，增加學(xué)習(xí)信心。
        2)配備無線龍高級實時在線仿真器
         每套系統(tǒng)均配備高級功能的JATG在線仿真器，讓學(xué)生可以非常直觀的來觀察C51語言的程序流向，這對于了解和學(xué)習(xí)向802.15.4/ZigBee無線定位這樣的系統(tǒng)，非常重要，學(xué)生可以透明的觀察，每個程序的執(zhí)行情況，特別是在對無線通訊協(xié)議，糾錯，效驗，打包，這些無線通訊的關(guān)鍵環(huán)境

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