ZigBee/CC2530实时定位系统 开发套件 RTLS 无线 射频 测距 定位
- 品牌:BeyondWireless
菁扬科技(BeyondWireless)集无线射频与实时定位专业领域之深厚积累,矩献之作!
一 CC2530/Zigbee定位系统开发套件简介
为了便于应用业界最先进的Zigbee技术开展实时定位系统(RTLS)的物联网应用与设计开发,菁扬科技&翎跃电子携手倾力打造提供该款基于CC(咨询特价)(2.4GHz无线SOC)的Zigbee定位系统开发套件。其优越的性能,出众的性价比,在物联网领域具有出众的竞争优势!
该开发套件运用先进的微功耗技术、RSSI信号强度检测技术、射频感知技术,内嵌集成独有的实时定位算法,采用高增益、抗干扰射频电路设计而成,可连续上电运行,满足工业等恶劣使用环境的功能要求。开发套件具有多种通信接口,便于在线调试,并可进一步二次开发通过组网布局扩展定位覆盖范围,适用于各种场景下的定位解决方案。该套件中的电路模块采用高密度小体积SMD表面贴装,具有微功耗、小型化、远距离发射/接收的特点,满足各类典型定位应用场景需求。
1.定位套件组成
本开发套件包括一系列的软件、硬件和工具,用于演示如何利用我们的RFID技术实现定位功能。
本定位系统设定四个固定参考节点(Reference Tag)、一个移动节点(Mobile Tag)和一个网关节点(Reader)均处于同一场景中。参考节点不断对外发频信号;移动节点接受到该射频信号,通过检测获取自身与参考节点之间通讯的接收信号强度(RSSI),并将检测信息包传送给网关;网关与上位机(PC电脑或工控机)相连,并在上位机上运行定位演示软件,即可显示移动节点相对于参考节点的具体位置及坐标数值,从而实现定位的功能。
为达到较好的定位效果,应尽量保证移动节点与参考节点之间没有障碍物或者遮蔽,使移动节点与参考节点之间的通讯畅通。参考节点最好保持在同一水平面上为宜。
2.开发套件主要特点与功能
1)采用基于TI公司新一代的高速嵌入式SOC无线芯片CC2530/Zigbee解决方案,通过我司独有开发集成的低功耗、RSSI检测、定位引擎等一系列核心功能,提供高性价比的定位解决方案。
2)各节点上电即可独立运行使用。主要IO功能接口全部引出,方便功能调试、测试评估与产品开发;无需任何底板,可作为独立模块使用或是系统集成,迅速投入工程开发。
3)将精确定位(坐标方施与区域级定位(范围感知)相结合,自动选取最佳定位方尸并图形化显示定位效果。
4)采用先进的自适应信号强度感知检测定位算法,能够进行实时精确定位,最好精度可达1米。
5)在环境特别复杂、条件受限无法定位的情况下,仍可实现区域级的范围感知和目标方位锁定。
6)可导入地图,图形化缩放定位场景视图,实现多分辨细节下的定位场景查看。
7)可自动记录定位过程数据,并实时保存;
8)可在我们底层源码基础上进一步做二次开发,扩展定位区域以及多定位单组网,实现大范围定位覆盖。
9)支持对多个移动节点的同时定位,最大支持数量可达(咨询特价)个;
10)附送定位系统底层源码、上位机演示软件以及定位系统参考方案,方便用户进行二次开发或系统集成!
3.技术参数
1)供电:网关DC5V供电/参考节点和移动节点3.3V供电
2)功率:网关<160mW;参考节点和移动节点<35mW(发射时)/10uA(待机或休眠)
3)工作频率:(咨询特价)0GHz-2.4853GHz的ISM频段
4)工作方屎精确定位(坐标方施或区域级定位(范围感知)
5)定位范围:单个定位单不超过(咨询特价)米的区域
6)定位刷新间隔(周期):1秒到10秒,自动适应
7)系统容量:单个定位单(典型情况下50米*50米)最大容纳(咨询特价)个移动节点
8)网关与上位机通信接口:RS232串口
9)定位目标移动速度:最大200公里/小时
10)工作温度:-40~+80℃
11)产品尺寸:
网关节点:95mm*75mm
参考/移动节点:40mm*27mm (不含电池盒)
二 系统结构与接口说明
1.网关节点开发板各部分结构说明
网关节点开发板主要由多功能调试底板与射频模块组成,如下图所示:
(1)多功能调试底板
a)通过USB或者外部电源(或者电池)为网关提供电源;
b)提供RS232/RS485接口,把网关的数据可直接传到PC;
c)提供网关的DEBUG接口,可以配合我司的CC Debugger仿真器在IAR或者TI的开发环境下在线调试CC(咨询特价),并烧写程序固件;
d)和本公司的仿真器配套,可以无线侦听空中数据(Sniffer功能);
e)此底板将CC(咨询特价)的全部IO引出,方便客户进行二次开发;使用(咨询特价)插针,可以使用额线引出到其他目标板;
e)引出了TTL电平的RXD、TXD,可以作为RS232-TTL模块使用,引出了电源引脚,可以对其他目标板供电;
f)板上具有2个LED,1个按键,可以测试CC(咨询特价)的I/O口输入输出功能;
需要注意的是:
a) RS232/RS485通讯通过跳线选通,使用时候,请一定插上,方能完成与上位机的串口通信。
b) USB/外部电源供电通过跳线选通,使用时候,请一定插上,方能完成对网关的供电。
(2)远距离射频模块
a)射频模块默认连接到PCB天线,若需要使用外置天线,需自行配置IPX接口天线.
b)天线默认连接是PCB天线,所以,不需要外置天线也可以通信,但是PCB天线通信距离会缩短大约30%(对比3.5dbi外置天线)。
2.节点模块各部分结构说明
参考节点与移动节点硬件完全一致,差别在于所烧写的软件固件程序。
参考节点与移动节点采用2.4GHz IEEE 802.15.4 / RF4CE / ZigBee的片上系统解决方案,节点模块可独立上电使用!采用CC2530-F256片上系统并结合TI公司的ZigBee兼容协议栈Z-Stack;完全满足ZigBee2007/PRO技术标准的无线自组网技术设计开发要求,支持ZigBee2007/PRO网状网络技术开发与应用。产品为工业级高性能设计,专业品质,板载微型贴片器件,温度范围宽,稳定可靠!
节点上电即可独立运行使用。具备全功能仿真调试接口,可直接下载仿真调试使用;主要IO功能接口全部引出,方便功能调试、测试评估与产品开发;无需任何底板,可作为独立Zigbee开发板使用,完美集成于我司的CC2530/Zigbee定位系统开发套件,可迅速投入工程开发。
技术参数如下:
参数 | 性能 |
工作频率 | (咨询特价)0~2.485GHz |
通讯距离 | 300米(室外空旷下可视距离) |
最射电流 | ≤29mA |
最射功率 | 4.5dBm |
灵敏度 | -97dBm |
信道数量 | 16个 |
空中数据速率 | 250K bit/s |
Flash存储器 | 256K Byte |
SRAM存储器 | 8K Byte |
供电电压 | 2.8~3.6V |
供电接口 | (咨询特价)mm间距接头 |
工作指示灯 | DS1(P1.0) |
仿真/下载接口 | JP2(全功能仿真/下载接口) |
调试IO接口 | JP1(VCC-GND-P0.0~P0.7) |
板厚 | 1mm |
天线 | 外接2.4G高增益天线/板载PCB高性能天线 |
器件封装 | 高密度小体积SMD表面贴装 |
模块尺寸 | (咨询特价)mm(长*宽) |
使用方式 | 可作为独立参考/定位节点使用 可直接下载仿真调试使用 亦可扩展再开发使用 |
3.节点操作
- 网关可采集移动节点的信息。
- 移动节点与参考节点通信,检测接收信号强度RSSI。
- 网关可读取天线辐射范围内所有移动节点信息。
三、定位系统快速搭建
定位系统演示软件为LocDemo.exe,存放在用户开发资料文件夹内(该软件的完整源码亦在该文件夹下,可供参考学习或二次开发)。
该演示软件的具体操作步骤是:
1.准备参考节点
四个参考节点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。
摆放完成后,打开各参考节点的电源开关完成上电。
2.准备移动节点
打开移动节点电源开关,节点即开始工作。
3.连接PC/上位机
保证读写器与PC/上位机通讯连接正常。有两种通讯连接方屎
1)RS232通讯:即直接使用RS232串口数据线连接网关RS232串口与上位机的串口。
2)USB通讯:使用串口转USB线连接网关RS232串口与上位机的USB接口,实现USB转RS232的虚拟串口通讯。
使用USB连接线连接PC与固定节点,在PC上需要安装USB/串口驱动程序。用USB线连接固定节点与电脑,电脑提示“发现USB Device”,然后要求安装驱动程序。(驱动程序所在目录为:ToolsCH341SER )安装此驱动程序,直到Windows报告可以使用该设备。打开Windows的设备管理器,可以在“端口(COM和LPT)”中看岛USB-SERIAL CH341A (COMx),这里COMx是端口号,请记住该号码,以便使用串口终端时设置相应的端口。如果x的值超过16,请右键点击该设备,打开属性窗口,在“端口设置”选项卡中点击“高级”按钮,将端口号改为1至16的值。
4.运行定位演示软件
打开系统演示软件,双击LocDemo.exe后,即出现下图所示窗口:
4.1选择串口—连接设备
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,如果串口号设置错误或硬件连接不正确,将出现下列错误信息之一:
如果可以正常连接参考节点,将出现如下窗口,窗口底部状态栏也会有相应提示信息“1.已连接!”。
该窗口中4个蓝色小圆表示4个参考节点。灰色网格线的间距为1米。
4.2坐标调整
检查参考节点摆放位置是否与显示一致,如果不一致,点击“坐标调整”菜单,出现下图所示窗口:
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。
4.3参数调整
在界面左上角的“参数设置”框里,填入对应的参数。
- 移动节点的数量。
- 射频标定:即射频参数A、n。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。
填好参数后,点击“设置”按钮,软件界面窗口底部状态栏也会出现相应提示信息“2.参数配置成功!”。
4.4开始定位
点击“开始定位”菜单,如果前述设置有误或连接不正常,将出现下列错误信息提示:
如果状态一切正常,界面窗口底部状态栏也会出现相应提示信息“3.正常运行中!”。此时,参考节点开始检测移动节点的射频信号,并以图形化的方式描绘出对该移动节点的感知范围(图中的各彩色圆形区域)。
打开移动节点电源,3秒钟后应该出现红色移动点,显示出移动节点相对参考节点的位置。同时,移动节点信息列表中显示当前相关定位信息;调试信息框中则显示信号强度RSSI检测以及测距、定位的过程信息。
4.5射频标定
在运行定位系统时,定位系统演示软件界面的调试信息框中会显示:“信号检测:*,*,*,*,*,*”,其中的后四个数据分别是移动节点检测到来自于参考节点1~4的接收信号强度(RSSI)数值。该数值与所要标定的射频参数A、n相关。这里默认设置即可。后面如要在实际场景下开发定位,可根据本手册第四节“数据通信协议”里的射频标定方法进行具体操作。
4.6导入地图
如果需要导入地图以更好的观察定位场景,点击“导入地图”菜单,出现下图窗口来输入记录文件名:
选择好地图的图片文件(bmp,jpg或gif三种类型)后,点击“打开”按钮,便会在界面中显示倒入的地图:
4.7缩放查看
如果需要缩放定位场景视图,实现不同分辨细节下的定位场景查看,可以在界面窗体左下方的“场景缩放”一栏,用鼠标拖动滑动条即可放大或缩小定位场景图形。
4.8对多个移动节点同时定位
该定位系统完全支持支持对多个移动节点的同时定位,并实现图形化场景显示。注意参数设置里的移动节点数量要大于场景里的所有移动节点ID编号。
4.9信息记录
如果需要将测距和定位信息记录下来,点击“数据记录”菜单,出现下图窗口来输入记录文件名:
输入文件名后软件自动记录固定节点坐标、测距时间、测距值、定位结果等信息,直到点击“停止记录”。
四 数据通信协议
1.通信功能说明
1)建立通讯连接
上位机(PC)与网关通过数据线连接后,在上位机软件界面选择好COM口号,并建立RS232串口通讯连接。
2)定位信息输出
建立通讯连接后,网关会采集所有移动节点对参考节点的信号检测信息,并上传给上位机。上报的数据帧(6字节)格式如下:
定位单编号(LocUnitNo)
移动节点ID号(TagID)
移动节点对参考节点Anchor1的信号检测(RSSI_1)
移动节点对参考节点Anchor2的信号检测(RSSI_2)
移动节点对参考节点Anchor3的信号检测(RSSI_3)
移动节点对参考节点Anchor4的信号检测(RSSI_4)
2.串口通信参数:
- 波特率:38400
- 校验位:None
- 数据位:8
- 停止位:1
发货清单:
1.硬件清单:
序号 | 名称 | 数量 | 说明 |
1 | 网关节点开发板 | 1个 | 作为定位系统里的网关使用,开发板装有读头模块、按键、LED、调试接口、下载接口、RS232/485串口等。 |
2 | 参考节点 | 4个 | 作为定位系统里的固定参考节点使用,调试接口引出,带有电池盒。 |
3 | 移动节点 | 1个 | 作为定位系统里的移动节点使用,调试接口引出,带有电池盒。 |
4 | 仿真器 | 1台 | 用于网关、参考节点、移动节点的调试开发、仿真运行、下载程序 |
5 | USB线 | 1条 | 用于给网关节点供电。 |
6 | 串口数据线 | 1条 | 用于连接网关和上位机(PC或工控机)的RS232串口通信。 |
7 | 串口转USB线 | 1根 | 用于提供计算机USB口到RS232串口的通讯转换,为没有串口的上位机提供USB方式的虚拟串口通道。 |
8 | 光盘 | 1张 | 内含有最新的定位软件、源代码和说明资料。 |
2.软件清单:
- 拿到手即可演示应用
- 100%原理图[网关、参考节点、移动节点]
- 100%源码[定位系统的所有板子(网关、参考节点、移动节点)的源码程序]
- 提供上位机演示软件(确认付款并好评后请与客服,届时免费无偿提供100%该软件源码程序!)
- 提供指导包教到会
五 注意事项
CC2530/Zigbee定位系统开发套件主要由网关节点、固定节点、移动节点、附件等构成。各部分应注意保护。
1、确保接口的正确连接,不要接错。
2、由于接收信号指示RSSI与测距数值和实际具体使用环境有密切关系,我们建议:在二次开发或系统集成的时候,根据实际应用场景,将接收信号指示RSSI与测距数值进行实测标定,并作适当拟合校正,以便用于实际场景下的应用开发。
3、尽量防止硬物撞击及滑刮等。
4、各节点内部电路做了ESD防护处理,在测试及使用时,请尽量不要轻易拆卸节点内主体电路器件部分。凡因机械碰撞、电压过高、操作不当、私自打开外壳造成损坏等不在保修之内。