无线实时定位系统开发套件-nanoTrack介绍

1、无线实时定位系统开发套件 nanoTrack 介绍：2010-05-31：12 （含封面）无线实时定位系统开发套件 nanoTrack 介绍二零一一年五月三十一日本方案文档所有权属于上海优寻电子技术有限公司未经授权不得全部或部分拷贝相关内容。：高等院校 研究所1、定位系统原理该实时定位系统采用 802.15.4a 标准, 运用窄脉冲进行精确的到达时间(TOA)运算； 根据定位基站的坐标位置，确定移动标签在 定位场景中的位置。注：802.15.4 是目前通用 乙gbee产品的物理层标准，该标准在实际使用中，并不能满 足所有的工业应用需求，iEEE组织制定了 802.15.4a技术规范，对802.

2、15.4在进行了拓展， 在精确测距、传输范围、移动性、抗干扰性方面进行了进一步的提高。但是基于802.15.4和802.15.4a 的产品，均采用同样的MAC层。802.15.4a 标准得到 Motorola、Freescale、Mitsubishi, Samsu ng等企业的支持，其中部分厂商推出了应用于各领域的相关产品。到达时间(TOA)测量原理双向到达时间测算原理如下图1:4d,以及2次回复信号单纯的传输时间为d,则整个测量过程中，产生了四次测量过程等待时间(TReply,A ； TReply,B);所以单次测量时间计算如下：T昭讹r 丫細期居 + T血 辽 Gy勒国C为常量由于TRou

3、nd,A TRound,B TReply,A，TReply,B均能够板载晶振测量出来，故单次信号传输时间、传输距离也能够计算出来。当Tag能够测量出与其中一个Anchor的距离时，即可根据下列的结构，测出周边Anchor距离；在Tag获取四个距离值后，通过BaseStatio n 传输到Locati on Server并进行基于球面的数学运算，所获取的坐标信息在Locatio nClie nt上显示；I1TLOCaEHf I JLQKTlVServe"图2基本定位系统结构图2、解决方案优点本实时定位系统（RTLS）对行业生产与安全管理意义重大。在完成实验室阶段而进行产品 化时，考虑到

4、不同应用环境中，可能存在地形复杂、无线信号衰减严重、有线电缆铺设困难 而且造价高等问题，目前大多人员与设备定位系统不仅功能简单，而且技术复杂，造价较高， 不能较好地应用于实际生产过程中。基于CSS的实时定位系统采用总线/以太网系统与无线CSS网络的方式，运用独有的CSS技术测量距离，可以实现控制台对人员、物品的实时通信与位置监测。比目前广泛使用的基于有源RFID Zigbee及WiFi等技术实现的定位系统具有更好的综合性能。整个通信系统各功能实现独立，方便实际应用与功能扩展，具有广泛的推 广应用价值。方案所采用的线性调频扩频技术（CSS定位解决方案可以避免通用有源RFID系统的缺点，能够实现全

5、区域精确定位，并及时、准确地将各个区域人员及设备的动态信息反映到计 算机系统，使管理人员能随时动态掌握人员、设备的精确位置及每个工作人员的运动轨迹， 便于合理调度管理。日常生产或者事故发生时，相关人员可以根据定位系统提供的数据、图 形，迅速了解相关当时的监控对象位置情况，及时采取相应救援措施，提高救援工作效率。 同时CSS技术能使产品具有更强的抗干扰能力，产品功耗低、具有距离远距离定位能力且精 度高、支持深入开发的复杂网络协议。探竞争性分析乙gbee定位、WiFi、RFID定位均是采用 RSSI以及信号连接质量来粗略判断距离，其信 号灵敏程度均在 2DB左右。Zigbee物理层基于802.15

6、.4标准，主要应用于工业小数据量通 讯与控制；WiFi主要应用于室内通讯。根据我们的经验测试结果，Zigbee、WiFi、RFID 定位系统有以下优缺点：优点：乙gbee组网简单，Wifi依附于通讯网络，性价比高；缺点：基于信号场强定位，定位精度不高，受环境影响大；（实用中 3-20米误差）容易受人体、雨水、金属、墙体影响；除作为RFID区域识别标签外，基本无物联网实时定位的实用价值；3套件资源描述套件提供以下软硬件资源供教学与研究之用、软件包旦 量述1RTLS定位实验2USB STICKRTLS实验3P编程器4DC5VRTLS实验5r杆状天线6连接线7串口线8、文档、模块应用资料、电路板文档

7、、驱，含7，但不含网络定位3.1、可编程射频电路板可编程射频电路板是整个开发套件的核心。该电路板集成了 Mega单片机、射频测量模块、接口转换芯片等，构成一个完整的节点。整个电路板在单片机的控制下，能够协同其他节点 进行距离测量、高速 CSS通讯等；实验室的一些协议验证、应用评估，均可基于此电路板；电路板的详细配置如下： Atmega1280 CPU 最高运行速度16MHz 128K Flash，8K SRAM 4K EEPROM 1 个 RS232 DB9 串口，1 个 USB串口，1 个 SPI 通讯口 1 个 USB<->RS232口 1个Reset键及3个功能按键 1个蜂鸣

8、器 7个引脚插针,1个JTAG 口 1个射频SMA插座1个DC5V JACK电源插座1 个凤凰端子外接电源口（<DC5V）图3可编程射频电路板实际工作时，根据烧录软件的不同，四层板电路可以作为以下功能使用：标准定位基站：用于定位系统中的坐标参考点；移动标签：在参考点中漫游的移动点；对等网络节点：基于对等网络结构协议的固定点/移动点；（用户扩展应用）简要射频指标:项目参数工作频率-2.485GHz传输速率-2Mbps可选发射功率测量频率20HZ点对点）供电电源核心工作电压）温度湿度40 度-70，0-95% （无冷凝）3.2、数据接收器USB Stick数据收集器USB Stick是一个连

9、接计算机 USB由计算机软件直接驱动的射频电路模块。 它集成了一个 USB器件及一个射频定位模块，能够转发计算机发出的指令到移动标签，同时 从移动标签搜集数据到计算机，供计算机进一步解算。通过FT2232连接计算机与射频模块 1个93C46存储器，存储配置信息 DC5V/DC2.5V双供电电压1个2db陶瓷天线丽"011n电严HI?誌， g 二丐M報5 vfiwt 七 =T . .-_ »2激rtu-Oi 阿 h 9Usfi STnJr图4数据接收器USB Stick3.3、AVR编程器该编程器为JTAG MKII-CN版本，制造商为 MCUZONE编程器参数如下:支持 U

10、SB/JTAG/ISP/DEBUG WIRE连接 编程调试速度为：JTAG:35K/S ISP:12K/S支持32K以上容量的处理器具有三个状态指示灯支持固件程序自动升级图5 AVR JTAG MKII编程/调试器3.4、其他相关配件 DC5V电源适配器 RS232电缆 USB通讯电缆 5db杆状天线图6 DC5V电源图7RS232串口线图8 USB通讯线图9 5db杆状天线4、基本试验介绍本实验室方案提供以下验证试验:远程开关灯测试，包括nanoLightSwitchRX :远程开关操作接收数据方；nanoLightSwitchTX :远程开关操作发送数据方；平面定位演示，包括：Locati

11、on_Anchor :参考基站程序，编号01-04Location_Tag :移动标签程序，编号0x11Location_Server :数据收集器控制软件，运行于PC机Location_Clie nt :数据收集器控制软件的Clie nt显示端图10 Locatio n功能演示界面建立无线连接，包括nanoPing：节点 A->B、B->A的数据通讯，实现Ping过程无线测距功能，包括Ra nging_An chor:无线测距功能的参考点Rangin g_Tag:无线测距功能的移动标签图11测距功能原理图12 Ranging功能演示界面无线数据包嗅探器，包括nanoSniffer

12、 :侦听相同版本驱动代码下的任意节点数据图13嗅探器功能演示界面无线透明传输，包括nanoTalk :实现两个节点之间的串口数据透明传输图14透明传输原理无线通讯吞吐量测试nano Throughput :节点包括:A、B之间的数据吞吐量RS 232图15数据吞吐量测试原理图16数据吞吐量测试软件5、光盘内容介绍本方案光盘资料齐全，研究人员可以通过文档了解各种需要的信息? 光盘目录结构-应用文档-例程编译结果-pc机演示软件-驱动库嵌入式软件HexExeSourcenan oLOC通用驱动V测距(Ranging)例程平面定位(Location)例程嗅探器(nanoSn iffer)例程吞吐量测试(nanoThroughput)例程平面定位演示软件V测距演示软件V嗅探器演示软件V吞吐量演示软件V