物联网定位技术实验报告.docx

物联网定位技术实验报告.docx

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物联网定位技术实验报告

实验项目名称

根据RSSI信号强度计算距离

姓名

学号

实验日期

教师评阅：

□实验目的明确；　□操作步骤正确；　□实验报告规范；□实验结果符合要求

□实验过程原始记录（数据、图表、计算等）符合要求；□实验分析总结全面；

签名：

年月日

实验成绩：

一、实验目的

了解如何通过RSSI信号强度计算两点间的距离

二、实验主要内容及原理

实验内容：

学习通过RSSI信号强度计算两点间的距离，并且通过串口打印出来。

实验原理：

接收信号强度RSSI是传输功率和传输距离（发送节点与接收节点之间的距离）的函数。

RSSI的理论值可以有下式表示：

其中n为信号传播常数，与信号的传输环境有关；d为接收节点与发送节点之间的距离；

A为距离发送节点1米时的信号强度。

A和n的取值不同，对测量的误差影响会很大，为了尽可能提高基于RSSI测距定位的精度，参数A和n的取值预先由工作人员在实际定位区域进行测量计算。

理论上A的值在各个方向上应该是一致的，但由于发射节点和接收节点天线的各向性，使它的值并不一定相同，因此需要进行多次测量并取平均值。

因为n与信号传播环境有关，它的值是不断变化的，工作人员需要先在定位区域通过测量得到一组n值，然后在参考节点布置好以后，尝试使用不同的值以寻找一个最适合该区域环境的值。

三、实验器材

硬件：

ZIGBEE节点2个，

UART转接板与转接线，

ZIGBEE仿真器1个，

12V电源2个，

串口延长线1根

软件：

IAREmbeddedWorkbenchforMCS-518.10集成开发环境；

仿真器驱动；

串口调试助手；

四、实验步骤

1、启动IAREmbeddedWorkbench，打开对应配套实验源码中的IHF.eww工程

2、编译链接程序代码。

点击工具栏中的Project下面的RebuildAll

3、连接ZigBee节点与仿真器，点击工具栏上的DEBUG按钮将协调器程序下载到节点中。

如有出错，请检查硬件连接或拔掉仿真器USB再重接

4、通过上诉步骤，已经将汇聚点程序下载到节点中（协调器），点击按钮，退出仿真状态，断开Debug仿真器与目标节点。

5、在左侧的导航框中，选择工程为“终端”工程，如下图。

6、修改完成，重新编译链接程序代码。

将终端程序下载到ZigBee节点中。

7、复位协调器节点以及终端节点，使终端节点加入网络，并且向协调器发送数据。

8、协调器硬件节点通过转接板的串口与PC机相连，2个节点同上电源

9、打开串口调试助手，选择正确的串口号，波特率为38400移动协调器与终端节点之间的距离，看串口调试助手打印的信息。

五、实验过程原始记录

打开串口调试助手，选择正确的端口号，波特率为38400，观察串口调试助手打印的信息，该信息即为移动协调器与终端节点之间的距离。

移动协调器与终端节点之间的距离

六、实验结果及分析

本次实验旨在学习通过RSSI信号强度计算两点间的距离，并且通过串口打印出来。

根据串口调试助手里所显示的数据我们可以很明确的看出distance为多少，但是仍然存有误差。

RSSI值很容易受到干扰和信号衰落的影响，分析可知我们可以通过增加实现次数，减少干扰源以及使用不同的校正算法来达到减少误差的目的。

如果距离估计的误差相对较小，那么位置估计的结果则会更加准确。

为了更进一步精确测量值，我们可采用自适应滤波对RSSI值进行过滤。

本次试验中，在对协调器和终端节点的程序烧录一直有些问题，起初因为板子自身所带问题而没有烧录成功，后来经过厂家调试后，自己继续烧录时仍然遇到了一些小问题，不过好在经过老师悉心的指导，得以让实验顺利进行。

经过这次实验，我更加深刻的理解了课堂上所学习的关于RSSI的理论知识，与此同时，结合RSSI，熟悉了LFDB过滤的有关内容：

LFDB技术是通过两次连续过滤，渐进地缩小搜索空间。

有的时候这些知识在课堂上学起来有些似懂非懂，但一结合实际动手操作，便变得简单易懂了。

以后的学习过程中，也应该如此，不仅仅知道它的理论含义，更应该动手实践，从中找出规律，这样才能更好的理解它的定义及所涵盖的内容，也能更深刻的理解所学知识，而非死板认识汉字，却不了解这个知识真正要传达的是什么。

通过本次实验，我了解到了我对知识的部分欠缺以及在动手能力方面还有所匮乏，在日后的实验中愿能有所改进。

实验项目名称

绘制RSSI信号图实验教程

姓名

学号

实验日期

教师评阅：

□实验目的明确；　□操作步骤正确；　□实验报告规范；□实验结果符合要求

□实验过程原始记录（数据、图表、计算等）符合要求；□实验分析总结全面；

签名：

年月日

实验成绩：

一、实验目的

1、了解如何获得节点的RSSI信号强度。

2、绘制RSSI信号图。

二、实验主要内容及原理

实验内容：

1、学习获得节点的RSSI信号强度，并通过串口打印出来

2、绘制RSSI信号图

实验原理：

ReceivedSignalStrengthIndication接收的信号强度指示，无线发送层的可选部分，用来判定链接质量，以及是否增大广播发送强度。

通过接收到的信号强弱测定信号点与接收点的距离，进而根据相应数据进行定位计算的一种定位技术。

通过接收到的信号强弱测定信号点与接收点的距离，进而根据相应数据进行定位计算的一种定位技术如无线传感的ZigBee网络CC2431芯片的定位引擎就采用的这种技术、算法。

为了获取反向信号的特征，在RSSI的具体实现中做了如下处理：

在104us内进行基带IQ功率积分得到RSSI的瞬时值，即RSSI（瞬时）=sum（I^2+Q^2）；然后在约1秒内对8192个RSSI的瞬时值进行平均得到RSSI的平均值，即RSSI（平均）=sum（RSSI（瞬时））/8192，同时给出1秒内RSSI瞬时值的最大值和RSSI瞬时值大于某一门限时的比率（RSSI瞬时值大于某一门限的个数/8192）。

由于RSSI是通过在数字域进行功率积分而后反推到天线口得到的，反向通道信号传输特性的不一致会影响RSSI的精度。

三、实验器材

硬件：

ZIGBEE节点2个，

UART转接板与转接线，

ZIGBEE仿真器1个，

12V电源2个，

串口延长线1根

软件：

IAREmbeddedWorkbenchforMCS-518.10集成开发环境；

仿真器驱动；

串口调试助手；

四、实验步骤

1、启动IAREmbeddedWorkbench，打开对应配套实验源码中的IHF.eww工程

2、编译链接程序代码。

点击工具栏中的Project下面的RebuildAll

3、连接ZigBee节点与仿真器，点击工具栏上的DEBUG按钮将协调器程序下载到节点中。

如有出错，请检查硬件连接或拔掉仿真器USB再重接

4、通过上诉步骤，已经将汇聚点程序下载到节点中（协调器），点击按钮，退出仿真状态，断开Debug仿真器与目标节点。

5、在左侧的导航框中，选择工程为“终端”工程，如下图。

6、修改完成，重新编译链接程序代码。

将终端程序下载到ZigBee节点中。

7、复位协调器节点以及终端节点，使终端节点加入网络，并且向协调器发送数据。

8、协调器硬件节点通过转接板的串口与PC机相连，2个节点同上电源

9、打开串口调试助手，选择正确的串口号，波特率为38400移动协调器与终端节点之间的距离，看串口调试助手打印的信息。

五、实验过程原始记录

打开串口调试助手，选择正确的端口号，波特率为38400，观察串口调试助手打印的信息，该信息即为RSSI信号强度。

根据所得结果做出的RSSI信号图

六、实验结果及分析

因为有了上一次实验的基础，这一次实验较为顺利。

实验时有时会因为烧录线连接不良或硬件问题，导致烧录时不能一次成功烧录。

此时需检查线路连接并复位烧录器，待传感器指示灯正常显示时开始烧录。

根据绘制的折线图可以清楚的看出：

RSSI值很容易受到干扰和信号衰落的影响，分析可知我们可以通过增加实现次数，减少干扰源以及使用不同的校正算法来达到减少误差的目的。

如果距离估计的误差相对较小，那么位置估计的结果则会更加准确。

为了更进一步精确测量值，我们可采用自适应滤波对RSSI值进行过滤。

这次实验我从中收获了很多，有关于实验平台的理解和实践经验，有关于RSSI的整体设计和实践等，再次期间，老师和同学给予了我很大帮助，解决了我不能独立处理的棘手问题。

此次RSSI实验课较为特别，在实验的实现中要求我们具有很好的实验动手能力，要求我们对于其知识点和实验器材有很好的理解和实践。

通过此次RSSI实验，我对传感器节点、烧录器等硬件及软件有了较为熟练的应用及操作。

通过对RSSI的设计，我对无线通信中的重要的参数RSSI有了更为深刻的认识和掌握，RSSI——ReceivedSignalStrengthIndication接收的信号强度指示，无线发送层的可选部分，用来判定链接质量，以及是否增大广播发送强度。

我们可以通过测量接收到信息的RSSI值来判断一个无线信号的强度，进而可以测出该信号发送源距接收源的距离。

另外可以通过多个节点和基站来实验无线传感器网络的定位功能。

希望在以后的学习中能够有更多这样的学习计划和实践机会，更多的以分组的形式进行学习和实践，以便在交流学习的同时加强团队合作的学习。

同时也希望老师们可以指导我们更加深入地学习更多有关物联网定位方面的知识，以便让我们在学习到课本知识的同时能够结合课本知识来加强实践，提高我们在学习物联网定位知识方面的能力。

实验项目名称

RFID无源定位试验

姓名

学号

实验日期

教师评阅：

□实验目的明确；　□操作步骤正确；　□实验报告规范；□实验结果符合要求

□实验过程原始记录（数据、图表、计算等）符合要求；□实验分析总结全面；

签名：

年月日

实验成绩：

一、实验目的

通过本实验了解RFID无源定位的原理

二、实验主要内容及原理

实验内容：

1、编译实验代码，并下载到目标板上运行

2、布置并测试RFID定位功能

实验原理：

读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当装有电子标签的物体进入发射天线工作区域时，受电磁场激励产生感应电流，电子标签获得能量被激活并收到读写器的查询信号后，将自身编码等信息通过改变电子标签天线的反射面积，将信息发送出去；读写器接收到从电子标签反射回的微波合成信号，进行解调和解码，即可将电子标签贮存的识别代码等信息读取出来，送到RFID信息处理机进行相关处理，控制执行相关动作。

通过过UHF读卡器天线识别在其移动范围内的RFID标签以实现区域定位功能。

三、实验器材

硬件部分：

1、RFID射频识别开发平台

2、PC主机一台

3、J-Link仿真器一个

4、UHFRFIDReader读头模块一个

5、900MRFID标签4张

软件部分：

KeilμVision4开发环境，J-Link驱动程序

四、实验步骤

1、使用MDK软件打开实验源码工程文件IOT_RFID.uvmpw

2、在工程的WorkSpace里先编译ucgui界面库。

3、点击Rebuild按钮进行ucgui库的编译。

4、Ucgui工程编译完成后，再切换到RFID工程，并按Rebuild按钮进行重新编译RFID工程。

5、将J-Link仿真器接入RFID射频识别开发平台上,USB接口连入PC机，插好电源，并打开开发实验箱上的电源开关，如图10-7；

6、选择【Debug】->【Start/StopDebugSession】,启动J-Link进行仿真调试；

7、选择【Debug】->【run】或者按快捷键“F5”,运行程序；

8、注册900RFID卡位置信息。

在读头板的显示界面上点击Register按钮。

9、点击ROOM1按钮，然后把第一张标签卡放在到读卡模块天线范围内。

10、重复以上操作，分别再对另外3张标签卡进行注册。

注册完成后，点击显示屏上的Back按钮返回主界面。

11、布置好4张标签卡到不同位置。

12、在主界面上点击Location按钮，进入定位模式。

13、移动读头板，使其连接的天线靠近标签卡。

如果成功读到卡，则会在读头板界面上显示出卡片的位置。

14、实验完毕。

五、实验过程原始记录

注册900RFID卡位置信息。

在读头板的显示界面上点击Register按钮。

点击ROOM1按钮，然后把第一张标签卡放在到读卡模块天线范围内。

重复以上操作，分别再对另外3张标签卡进行注册。

注册完成后，点击显示屏上的Back按钮返回主界面。

移动读头板，使其连接的天线靠近标签卡。

如果成功读到卡，则会在读头板界面上显示出卡片的位置

六、实验结果及分析

通过本次实验，我知道了RFID无源定位试验的主要原理：

读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当装有电子标签的物体进入发射天线工作区域时，受电磁场激励产生感应电流，电子标签获得能量被激活并收到读写器的查询信号后，将自身编码等信息通过改变电子标签天线的反射面积，将信息发送出去；读写器接收到从电子标签反射回的微波合成信号，进行解调和解码，即可将电子标签贮存的识别代码等信息读取出来，送到RFID信息处理机进行相关处理，控制执行相关动作。

但与此同时，一个新的问题需要我们解决，那就是防碰撞问题：

在一个阅读器的作用范围之内有多个电子标签时，由于所有的电子标签都采用同一工作频率，故当多个电子标签同时传输数据时就会产生数据冲突，使各标签之间的传输互相干扰，进而导致信息的丢失。

防碰撞的原理是：

通过算法实现每个标签与读写器的通信都在不同的时间或者频率下。

本次实验不仅让我掌握了RFID无源定位系统的工作原理、系统架构、各组成单元功能与作用、应用领域。

学习了无源超高频RFID标签、读写器、上位机的基本参数指标，了解标签、读写器的性能参数测试方法。

熟悉了无源超高频RFID系统的基本操作命令及方法。

了解了多RFID标签识别时信息碰撞的机制及防碰撞识别方法。

希望在以后的实验中继续加强动手实践能力，将理论融入实际，更好的学习与吸收。

实验项目名称

无线RFID有源定位实验

姓名

学号

实验日期

教师评阅：

□实验目的明确；　□操作步骤正确；　□实验报告规范；□实验结果符合要求

□实验过程原始记录（数据、图表、计算等）符合要求；□实验分析总结全面；

签名：

年月日

实验成绩：

一、实验目的

1、通过本实验了解无线RIFD的测距原理；

2、通过本实验了解无线RFID的定位原理。

二、实验主要内容及原理

实验内容：

1、通过对RFID定位系统进行配置并实现定位功能；

2、进行射频标定。

实验原理：

本定位系统设定四个固定参考节点（参考标签）、一个移动节点（待定位的移动标签）和一个网关节点（读卡器）均处于同一场景中。

参考标签不断对外发射射频信号；移动标签接受到该射频信号，通过检测获取自身与参考标签之间的感知范围，并将检测信息包传送给读卡器；读卡器与上位机（PC电脑或工控机）进行连接，并在上位机上运行定位演示软件，即可显示移动标签相对于参考标签的感知范围以及相对位置，从而实现定位的功能。

电磁波信号强度是传输功率和传输距离（收发者之间的距离）的函数。

接受信号强度会随距离的增加按如下等式递减：

测距公式

三、实验器材

硬件：

1、读卡器多功能调试底板一个；

2、参考标签四个；

3、移动标签一个；

4、电池五个；

四、实验步骤

1、连接读卡器到电脑。

在电脑上需要安装USB转串口的驱动程序。

用USB线连接参考标签与电脑，电脑提示“发现USBDevice”，然后要求安装驱动程序。

2、打开LocDemo.exe软件，根据安装USB/串口驱动产生的串口序号，点击窗口的“串口选择”菜单设置串口号。

点击“连接设备”菜单，开始连接读卡器。

3、四个参考标签1，2，3，4按下图方位顺序放置，并和实际场景下设计的坐标点一致。

4、参考标签摆放位置是否与显示一致，如果不一致，点击“坐标调整”菜单，用该窗口中的滚动条调整各个固定节点坐标，使之与实际位置相符合，然后按确定按钮。

5、在界面左上角的“参数设置”框里，填入对应的参数。

a）移动标签的数量

b）射频标定：

即移动标签检测信号强度RSSI数据所对应的发射距离。

具体标定方法见下一部分内容。

此时可先默认下图所示初始值。

6、点击“开始定位”菜单，开始启动定位。

7、射频标定。

关闭三个参考标签电源，只保留一个参考标签上电，此时界面窗体左下方的调试信息框中显示的调试信息中出现“信号检测：

1，5，0，0，0，9”等类似数据，将该距离值填入“参数设置”框里的射频标定栏从左到右的四个文本框。

然后点击“设置”按钮，此时即完成了射频标定。

五、实验过程原始记录

拜访参考标签如图所示，调整软件中相应数据后准备进入RFID定位。

开始定位。

六、实验结果及分析

RFID有源实验在操作上较为简单，但是其中所包含的原理也需要我们仔细学习才能弄懂一二。

通过本实验，我了解到了RFID有源定位的原理：

参考标签不断对外发射射频信号；移动标签接受到该射频信号，通过检测获取自身与参考标签之间的感知范围，并将检测信息包传送给读卡器；读卡器与上位机（PC电脑或工控机）进行连接，并在上位机上运行定位演示软件，即可显示移动标签相对于参考标签的感知范围以及相对位置，从而实现定位的功能。

这是本学期物联网定位技术的最后一个实验，做得相对顺利，也是因为有了前几次实验作为铺垫，对环境配置的流程有了比较熟悉的了解，对硬件设备的连接也比第一次的时候提速许多。

结束本次试验后，我对RFID有源定位又有了一个更深刻的了解。

这只是一个开始，知识的学习出了来源书本，精于实验，更重要的是要懂得如何将所学运用到实践当中去，定位的方法还有很多种，课后，自己应该自主学习，独立思考辅以动手实践，才能更好的掌握所学的知识。

很感谢刘老师这一学期以来的指导，做实验的时候我经常会犯些小错误，但老师都仍然十分耐心地给我讲解，帮助我从完成简单的试验到理解所学知识，只是现在我在运用知识方面依旧有所欠缺，希望在以后的学习中，不仅体味书本中所蕴含的道理，还能够很好的通过动手去验证乃至去自己实现并且达到想要获得的功能。