2007－10－22 一、无线定位技术正在走向我们的生活        前些日子，在美国的很多大型电器商店，都摆放着一种大型广告牌，广告的主角是著名NBA篮球明星姚明，姚明背靠着一辆时髦的轿车，手拿一部最新的GPS 卫星定位系统，广告词是：“我再也不会迷路了！”       的确，以GPS为代表的新一代无线定位技术，正在以空前的速度向我们走来，目前的GPS卫星导航芯片，体积越来越小，接收灵敏度越来越高，启动时间也越来越快，难怪如今的驾车簇，很多人都有了自己的各种GPS系统，也向姚明一样，再也不会迷路了。       正像GPS卫星无线定位技术快速普及一样，另一种全新的，以无线单片机为核心的新兴无线定位技术，也开始崭露头角，这项新技术的主角就是TI公司的CC2431芯片和ZigBee技术联手打造的新型无线定位技术。       采用该项新技术实现无线定位，具有更低的成本（每个定位节点低于2美元），精度更高（2.5米）定位精度，能够在室内，仓库等环境下可靠工作等无可比拟的优点，在嵌入式无线领域中，引起了广泛重视。       以CC2431为核心的无线定位技术，将为我们的生活，带来一些全新的变化：        你去商场，想要为另一半寻找最合适的生日礼物，该从那里着手？其实很简单，只要拿出行动电话或PDA搜寻礼品区，行动装置就会显示卖场地图，并且告诉消费者往那个方向走，当消费者穿过卖场时，还会显示可能感到兴趣的东西……    繁忙的矿井深处，一声巨响，矿井里漆黑一片，可是遍布井下的低功耗无线网络，却能准确的找到每一个被困井下的矿工的精确位置，因为，每个矿工，都有一颗特制的钮扣，里面有一个CC2431的无线定位芯片……有了这些实时准确的信息，救援工作有条不紊地进行……    繁忙的急救中心，正在抢救一位重病患，时间就是生命，需要一种特殊的医疗仪器，但是手术室一时没有发现，护士在电脑中，输入该仪器的名字，几秒钟时间，电脑屏幕上，就准确显示出该仪器的位置，这是因为，每台仪器上，都有一个CC2431定位芯片，在需要时，你可以准确发现该仪器在医院中的精确位置。 二、ZigBee无线定位技术原理      德州仪器(TI)ZigBee无线射频元件CC2431所含的定位引擎(Location Engine)就像是室内全球卫星定位系统(GPS)，利用ZigBee网络的无线射频基础设施计算物品或人员的位置。相较于GPS系统，把定位引擎和微控制器(MCU)全部整合至单晶片射频收发器，不仅耗电量远少于GPS硬体，成本更不到其十分之一，且无论在室内或室外，只要有ZigBee网络的地方就能使用。常见应用包括从屋内不同房间移动时，遥控开灯或关灯；装运码头的货柜追踪，以及从网站追踪特定设备。定位引擎还能简化无线网络设定，能在新设备加入网路时找出其所在位置。      多数无线传感器网络都需一套方法判断网络节点的位置，所以使用者必须在安装时决定应该互相交换的资料，以及应与中央资料搜集点互传资料的节点。市场上许多解决方案透过软体计算网络节点位置，这类系统的节点读取位置计算所需的参数，然后把资讯送到中央资料搜集点，算出位置后再传回给节点，这个过程的运算量很庞大，须用到个人电脑或高效能微控制器。   这种计算位置的方式仅对小型网络和少数节点有用，因为执行计算所需的网络流量会随着节点数目的指数增加。高流量负载和频宽不足让这套方法只能用于电池供电的网络，可利用分布式定位计算解决这个问题，可先让网络节点找出多个已知位置且距离最近的参考节点，然后根据参考节点传来的资讯计算本身的位置，因此，网络流量将只出现在待测节点(Blind Node)连接范围内的节点。另外，由于网络流量只会随待测节点的数目等比例增加，所以同一个网络可有很多个待测节点。本文介绍的结果是以ZigBee网络测量值为基础，但也适用于较简单的IEEE 802.15.4网路。 定位引擎会根据无线网络里，相邻无线装置传来的接收讯号强度指标(RSSI)计算自己的位置。随着环境不同，两台无线装置之间的RSSI讯号会有很大差异，举例来说，若有人在两台无线装置的中间走过，接收讯号就可能减少30dBm，为弥补这么大的差异，定位引擎最多会根据十六台无线装置传来的RSSI值进行计算，以便得到精确的位置，这种做法的逻辑是利用多个节点求取平均值，即可将RSSI的变异量消除。     在无线射频网络里，已知位置的定位引擎无线装置称为参考节点(Reference Nodes)，须要计算其位置的节点称为待测节点。参考节点与待测节点之间唯一须要传送的资讯就是参考节点的X和Y座标。定位引擎会根据参考节点传来的讯息测量RSSI值，配合所收到的X和Y座标计算其位置。       有些定位引擎应用须安装多个参考节点，做为基础设施架构的一部分。 ZigBee技术提供家庭、办公室和工业应用无线遥控能力，可广泛用于家庭和工业自动化应用，且会有更多ZigBee装置安装到建筑物的基础设施，使ZigBee技术更普及化。      典型的办公室环境可能会利用ZigBee应用装置控制每间办公室和会客室的空调设备及含有温度感测器的交流电源管线，每个房间还可能有ZigBee控制的电灯开关及设施，这些不同的设备很容易就能当做定位引擎的参考节点使用，一般而言，ZigBee无线装置只需不到1KB的程式，就能担任ZigBee协定堆叠之上的参考节点。定位引擎能搜集三至十六个参考节点的资料，再利用这些资料计算位置，其若收到超过十六个节点的资料，会根据这些参考节点的位置排序，然后使用前面十六个节点的RSSI值。  三、选择合适的无线定位开发工具      为了快速入门和掌握这套先进的无线定位技术，你需要有一套自己的无线定位开发系统，这套系统应该满足下面的条件：       1)需要比较详细的教材，能够让你学习相关入门的无线和无线定位技术基础知识,目前很少有芯片制造公司愿意投资去开发这方面的详细教材和教程。        2)一套可以实际动手的实验装置，和上面的教材相结合，指导读者一步一步通过实验来验证教材上的原理，获得实际动手开发无线定位产品的经验。         3)相关的软件源代码实例，包括如何使用ZigBee通讯协议，数据效验，无线通讯算法，网络组织，相关无线定位的实现等等，让使用者可以模仿这些代码来开始学习过程。        4)实验装置要有比较直观的显示单元和执行部件，传感器等。让学习者能以直观的方式，很容易的观察无线通讯和无线网络和无线定位的实际运行效果,克服没有高频实验设备对学习带来的困难。       5)需要必须的开发，编译，下载，调试工具。配合进行实验代码的下载运行和实际进行无线产品开发。 &nb