一种基于RSSI算法的RFID车辆定位系统及其定位方法

技术领域

本发明涉及汽车定位技术领域，具体为一种基于RSSI算法的RFID车辆定位系统及其定位方法。

背景技术

车辆进入某固定区域时只能根据车牌号识别车辆信息，无车牌车辆及特种车辆无法自动识别，且管理系统无法识别车辆在区域内的位置，在车辆管控中存在困难。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于RSSI算法的RFID车辆定位系统，解决了现有车辆制动器无降温功能，因频繁、长时间进行制动，导致制动器过热易造成行车安全的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于RSSI算法的RFID车辆定位系统，其特征在于，包括定位装置、阅读器以及电子标签，所述定位装置包括RSSI加权算法单元，所述RSSI加权算法单元连接微控制器，所述阅读器包括天线、阅读器芯片、微控制器和通信接口。

优选的，所述微控制器为CC2530单片机，所述CC2530单片机包括CPU、储存单元、片内外设以及RF射频单元，所述片内外设主要包括5通道8位至14位可编程ADC转换器、定时器、USART、DMA控制器、AES128协同处理器、看门狗、内部稳压器以及可编程I/O引脚，该可编程I/O引脚可配置为通用I/O引脚。

优选的，所述CC2530单片机在接收模式下，电流的损耗低于27mA；所述CC2530 单片机在发射模式下，电流的损耗低于25mA。

优选的，所述RSSI加权算法单元采用一个二进制8bit的寄存器，该RSSI加权算法单元计算的值是计算8个周期功率电平的平均值，所述CC2530单片机中的RF内核可以发射频点为2405MHz，所述电子标签发射功率配置为4.5dBm。

一种基于RSSI算法的RFID车辆定位方法，具体包含如下步骤：

步骤一，在停车场安装多个参考电子标签以及多个阅读器；

步骤二，电子标签主动发送信号，阅读器获取参考电子标签的RSSI(ReceivedSignal Strength Indicator)值；

步骤三，计算无线信号传输中采用的模型、接收端收到的信号强度以及在系统中计算出车辆的具体位置；

优选的，所述无线信号传输中采用的模型根据电磁波传播理论，考虑电子标签到，阅读器的上行链路，如果电子标签在自由空间中以额定功率辐射电磁波，则根据Friis传输理论空间任一点的接收功率或场强仅与距离有关，在实际环境中，由于多路径、障碍物、绕射等随机因素存在，无线信号传输中普遍采用的模型为：

PL(d)＝PL(d

式中，PL(d)为经过距离d后的路径损耗，PL(d

优选的，在步骤二中，RSSI(Received Signal Strength Indicator)是接收信号的强度指示，该接收端收到的信号强度为：

P

式中，P

但是考虑环境、成本、定位精度要求等因素，所以实际测量中测距模型可以进一步简化为

RSSI＝-10nlog

式中，n为信号衰减因子，范围一般为2～4，d为定位节点与参考节点之间的距离；A为阅读器与参考标签之间的距离d为1m时测得RSSI值，上式就是RSSI测距的经典模型，得到了RSSI和d的函数关系，故已知接收到的RSSI值就可以算出与发射机之间的距离， A和n都是经验值和具体使用的硬件节点以及无线传播的环境有关，因此在不同的实际环境中A和n的取值是不一样的，在实际停车场中进行测量，可得测距模型为：

RSSI＝-26log

使用VB在Windows系统上开发上位机软件，查看接收到的RSSI(Received SignalStrength Indicator)值。

优选的，在步骤三中，所述系统中计算出车辆的具体位置，通过测量电子标签到达阅读器的电波功率可以算出待测标签到三个阅读器的距离D

利用经典三边测量法，三个阅读器对应的坐标分别为(x

将最后式减去前两式，可得：

有上式得最终的位置坐标：

使用Matlab在Windows平台上开发计算软件中，将同一个电子标签在三个阅读器上接收到的RSSI值和三个阅读器的坐标位置输入到系统中可以计算出车辆的具体位置。

本发明通过车辆进入安装无线射频识别功能个阅读器的停车场中，通过安装在车辆上的电子标签，个阅读器会对车辆进行定位，不需要人工录入信息，保管员通过电脑就可以自动查找车辆位置及车辆信息。

附图说明

图1为本发明的装置结构示意图；

图2为本发明待测标签到三个阅读器的距离示意图；

图3为本发明系统中计算出车辆的具体位置示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

CC2530单片机是德州仪器生产的一款专用于IEEE 802.15.4和Zigbee协议通信的片上系统解决方案。芯片尺寸小，底层硬件结构满足Zigbee的各种技术要求，需要添加的外围器件很少，成本低廉用于做定位的理想选择。其RF内核是基于工业领先的射频通信芯片CC2420。带单个芯片上集成了CPU、存储器、常用片内外设和RF射频单元。它具有1个 8位CPU(8051)，主频达32MHZ，具有最大128KB可编程FLASH和8KB的SRAM，片内外设丰富主要包括1个5通道8位至14位可编程ADC转换器、4个定时器、2个 USART、1个DMA控制器、1个AES128协同处理器、1个看门狗、1个内部稳压器、21 个可编程I/O引脚，可配置为通用I/O引脚。CC2530芯片采用0.18μmCMOS工艺生产，在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27mA和25mA。具有3种睡眠模式，从休眠模式转换到正常模式需要时间极短，特别适合要求电池长期供电的应用场合。

CC2530内部集成一个专门测量RSSI的模块即RSSI加权算法单元，其采用一个二进制8bit的寄存器。信号强度的值是计算8个周期功率电平的平均值。CC2530中的RF内核可以发射频点为2405MHz与有源RFID系统的工作频率是一样的。所以可以通过实验编程，将CC2530配置成一个独立的无线收发器，作为RFID系统的有源电子标签如图2所示。 RFID-18000新标准中规定了电子标签的最大发射功率值为5.1dBm,所以将发射功率配置为4.5dBm。

RSSI(Received Signal Strength Indicator)是接收信号的强度指示。根据电磁波传播理论，考虑标签到阅读器的上行链路。如果标签在自由空间中以额定功率辐射电磁波，则根据Friis传输理论空间任一点的接收功率或场强(功率正比于场强的平方)仅与距离有关。在实际环境中，由于多路径、障碍物、绕射等随机因素存在，无线信号传输中普遍采用的模型为：

PL(d)＝PL(d

式中，PL(d)为经过距离d后的路径损耗，PL(d

接收端收到的信号强度为：

P

式中，P

但是考虑环境、成本、定位精度要求等因素，所以实际测量中测距模型可以进一步简化为

RSSI＝-10n log

式中，n为信号衰减因子，范围一般为2～4。d为定位节点与参考节点之间的距离；A为阅读器与参考标签之间的距离d为1m时测得RSSI值，上式就是RSSI测距的经典模型，得到了RSSI和d的函数关系，故已知接收到的RSSI值就可以算出与发射机之间的距离，A 和n都是经验值和具体使用的硬件节点以及无线传播的环境有关，因此在不同的实际环境中A和n的取值是不一样的。在实际停车场中进行测量，可得测距模型为：

RSSI＝-26log

使用VB在Windows系统上开发上位机软件，查看接收到的RSSI值，如图1所示。

通过测量电子标签到达阅读器的电波功率可以算出待测标签到三个阅读器的距离D

利用经典三边测量法，三个阅读器对应的坐标分别为(x

将最后式减去前两式，可得：

有上式得最终的位置坐标：

使用Matlab在Windows平台上开发计算软件如图3所示，将同一个电子标签在三个阅读器上接收到的RSSI值和三个阅读器的坐标位置输入到系统中可以计算出车辆的具体位置。

上述实施方式是对本发明的说明，不是对本发明的限定，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的保护范围由所附权利要求及其等同物限定。