RFID技术的室内定位系统设计

1、【Word版本下载可任意编辑】 RFID技术的室内定位系统设计 图4 CC2500 外围电路原理图 CC2500 通过4 线SPI 兼容接口（SI，SO，SCLK 和CSN）与PIC16F877A 相连，这个接口用作写入和读取数据。SI 为数据输入线，SO 为数据输出线，SCLK 为时钟线，CSN 为片选信号线，低电平有效。SPI 接口的状态控制线还包含一个读/写信号控制线。CC2500 的状态存放器里指示一些系统的工作状态信息。 2.3 电源模块 RFID 室内定位系统一般主要布置在楼宇、仓储建筑物等的内部，有些具有移动性，所以节点大多数需要采用电池供电，在元器件的选取中，尽量选择低功耗器件

2、以降低系统功耗，2.43.6 V 的电压可以使系统中所有的器件和模块正常工作。因此，实际中采用与之电压匹配的高能纽扣锂电池作为供电电源。 2.4 电磁兼容与抗干扰设计 在设计2.45 GHz 的RFID 系统时要考虑电磁兼容性（EMC），以保证读写器和标签在设定的电磁环境和规定的安全界限内运行。在系统设计中，元件的选择和电路设计是影响电磁兼容的重要因素，对于射频通信模块需要去耦电容来去除元件状态转换引起的噪声电压，并且要注意信号源和信号终端的阻抗匹配。PCB 上的导线同样具有阻抗、电感、电容特性，因此在PCB 布局和布线也考虑了电磁兼容性等问题。布局是按照信号流程放置元件， 尽量缩短元件之间的

3、连接，CC2500 底部通过多个过孔与地层连接。滤波电容尽量靠近器件放置，同时，为了抗电磁干扰，把数字电源和模拟电源、数字地和模拟地隔离开来。RFID 定位系统节点的布设位置应尽量避开高大障碍物，以减少对电磁波的阻隔，影响传输性能。 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

4、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近的几个参考标签，然后根据这几个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。如平均

5、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，

6、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，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