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：

IAR Embedded Workbench for MCS-51 8.10 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 IAR Embedded Workbench，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 Rebuild All

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：

Received Signal Strength Indication 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：

IAR Embedded Workbench for MCS-51 8.10 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 IAR Embedded Workbench，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 Rebuild All

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——Received Signal Strength Indication 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