系统软件设计 - 基于RFID的室内定位系统设计

　　3 系统软件设计

　　3.1 定位算法的选择

　　本RFID 定位系统采用LANDMARC 定位原理。LANDMARC定位算法适用于有源RFID 室内定位。它将具有固定位置信息的标签作为定位系统中的坐标参考点，通过参考点标签与移动读写器之间的通信，获取两者之间的无线射频信号强度值RSSI， 继而获取读写器与多个参考标签之间的RSSI 值，根据RSSI 与通信距离之间的对应关系，获取读写器与多个参考标签之间的距离关系。LANDMARC 算法可以通过比较读写器与参考标签之间RSSI 值的大小来获得离读写器距离最近的几个参考标签，然后根据这几个最邻近参考标签的坐标，并结合它们的权重，可计算出读写器的坐标。

　　3.2 RFID 定位算法

　　无线信号的接收信号强度和信号传输距离的关系可以用式（1）来表示，其中RSSI 是接收信号强度，d 是收发节点之间的距离，n 是信号传播因子。

 

　　由式（1）中可以看出，常数A 和n 的值决定了接收信号强度和信号传输距离的关系。射频参数A 和n 用于描述网络操作环境。射频参数A 被定义为用dBm 表示的距发射器1 m时接收到信号平均能量的绝对值。如平均接收能量为-40dBm，那么参数A 被定为40。射频参数n 指出了信号能量随着距收发器距离增加而衰减的速率，其数值的大小取决于无线信号传播的环境。

　　RSSI 值受周围环境的影响较大，具有时变特性，有时会偏离式（1）的描述，根据接收信号强度估计出的距离d 就会有较大误差。通过大量数据分析，采用了-个噪声模型，即环境衰减因素模型，可有效补偿环境影响带来的误差，如式（2）所示。

 

　　上式中EAF（dBm）为环境影响因素，它的值取决于室内环境，是靠大量的数据累积的经验值。EAF（dBm）是一个随机变量，但为了增强实用性，将其固定为-个值。通过大量比较实验环境下测得的RSSI 值与理想状态下的RSSI 值，得到试验环境EAF（dBm）大概为11 dBm，A 取值45，n 取值3.5。

在采集到RSSI 值后，依据式（2）就可以得到读写器到标签的距离， 通过LANDMARC 三边测量定位算法就可以定位出读写器的位置。如图5 所示。

 

图5 三边测量定位示意图

　　假设标签1 的坐标为p1（x1，y1），标签2 的坐标为p2（x2，y2），标签3 的坐标为p3（x3，y3），读写器坐标为p（x，y）。则读写器坐标计算公式为：

 

　　由式（2）可以计算出读写器的坐标位置为：

 

　　3.3 RFID 定位系统的工作流程

　　定位算法以MPLAB IDE 7.4 为开发平台，采用C 语言编写，经过编译、连接后生成机器代码，下载到读写器程序存储器中。RFID 定位系统软件流程图如图6 所示。

 

图6 定位系统流程图

　　4 结束语。

　　笔者介绍了一种基于PIC16F877A 和CC2500 的有源RFID 读写器和标签的硬件系统设计及室内RFID 定位方法，对读写器和标签系统的各个模块及运行于读写器中的定位算法及其工作流程进行了详细介绍。该有源RFID 定位系统在小规模的室内实验中表现出较好的定位精度。