嵌入式无线射频识别室内定位系统实现概要

嵌入式無線射頻識別室內定位系統實現論文作者：侯安桑、楊昇儒(南台科技大學電子工程研究所)嵌入式系統創意成果與人才培育學術研討會內容1.使用時機2.相關研究3.定位方法4.系統設計5.需求規格完成度6.成果可應用性7.技術方案優越性8.測試完整性結論使用時機GPS可用於位置定位與回報，卻無法用於室內環境定位。有鑑於此，本研究計畫提出以主動式無線射頻識別（RadioFrequencyIdentification,RFID）系統，作室內人員或物品的定位。此定位系統具有網際網路連線功能，使用者可透過網際網路查看定位的結果。相關研究-1目前RFID定位主要採用LANDARC（LocationIdentificationbasedonDynamicActiveRFIDCalibration）與衍生的方法[1]-[6]圖1.LANDARC定位構想相關研究-2此計劃所提二維定位方法祇需使用四個主動式參考標籤及兩個遠距RFID讀卡機。在此架構下，使用者可用任何一台電腦，輸入伺服端IP位址，便能查看伺服端資料庫所記錄的RFID相關定位資料及影像檔。此計劃構想克服了GPS定位的盲點，具有實用的價值。定位方法(一維定位)-1#1#2#3#41xr2xr3xr4xrxr:遠距讀卡機+嵌入式系統:固定位置的電子標籤:待定位的電子標籤走廊圖2.一維定位規劃圖定位方法(一維定位)-2定位方法(一維定位)-3定位方法(一維定位)-4定位方法(一維定位)-5實際定位的步驟定位方法(二維定位)-1圖3.二維定位的示意圖定位方法(二維定位)-2系統設計-1伺服端(Server)執行RFID定位程序，同時開啟Socket通訊埠，等待接收來自客戶端的一維定位數據。然後再將(8)式的結果顯示在螢幕上。客戶(Client)端使用嵌入式系統(XSCALE270)周邊介面連接裝置如隨身碟、觸控面板、RFID讀取器、IP分享器；當嵌入式系統啟動時自動執行指定的Shell檔，以便執行整體系統的功能。系統設計-2嵌入式系統XSCALE270IP分享器RFIDReader隨身碟InternetRFIDReader觸控面板Client端Server端無線網卡圖4.RFID系統架構圖系統設計-3Flag=1Server端一維距離顯示yesno讀取Client端送來的訊息(使用select函數)設定Flag=0Timeout讀取Client端送來的卡號及距離yesno換算二維位置並顯示卡號及位置於螢幕ditopa_ocrr開啟COM輸出指令後讀取參考標籤的RSSIread_set()讀取文件檔(set.txt)設定參考標籤與對應的距離ditopanum=參考標籤每個Hit數socket連線初始化ditopa()把參考標籤的RSSI代入公式求得距離參數開啟執行緒ocrr()讀取定位標籤的RSSIanova()利用標準差剔除不合理的RSSI值將平均的RSSI換算成距離開啟Comport設定Flag=1讀取每個參考標籤(#1~#4)Hit(#1~#4)++ditopa_anova()利用標準差剔除不合理的RSSI值main()yesno圖6.伺服端程式設計流程圖系統設計-4Flag=1一維定位距離顯示於觸控螢幕yesnoClient端的一維定位距離傳送至Server端ditopa_ocrr開啟COM輸出指令後讀取參考標籤的RSSIread_set()讀取文件檔(set.txt)設定參考標籤與對應的距離ditopanum=參考標籤每個Hit數socket連線初始化ditopa()參考標籤的RSSI代入公式求得距離參數開啟執行緒ocrr()讀取定位標籤的RSSIanova()利用標準差剔除不合理的RSSI值平均的RSSI換算成距離開啟Comport設定Flag=1讀取每個參考標籤(#1~#4)Hit(#1~#4)++ditopa_anova()利用標準差剔除不合理的RSSI值main()yesno設定Flag=0圖7.客戶端程式設計流程圖需求規格完成度-1本系統須達到需求規格書所列之所有功能:1.RFID定位整體系統(RFIDPositioningSystem,RPS)需求規格完成度-22.影像偵測系統(ImagingDetectionsSystem,IDS)。需求規格完成度-3需求規格完成度-43.PHP網頁系統(PHPWebSystem,PWS)成果可應用性本專案主要實現室內環境定位，目前的GPS在室外環境可以有效的定位但是室內環境無法定位，而此專案構想是克服GPS定位的盲點，具有實用的價值。1.門禁系統:員工進出地點的管制。2.物料處理:工廠的物料清點及補貨。3.醫療應用:醫院病人的進出管制。4.防盜應用:貴重物品的防盜管理。技術方案優越性測試完整性-1整體系統功能在室內實驗室進行，因空間限制，定位的距離實驗(X,Y)座標為(2m,2m)、(5m,2m)及(6m,2m)三組。每一個參考標籤讀取10筆RSSI值做變異數在計算距離參數，定位標籤讀取5筆RSSI值變異數處裡將RSSI值代入求得一維估算距離。將伺服端與客戶端得到的一維距離數據後做換算求得二維距離座標。測試完整性-2從圖8觀察定位座標變化從時間1至30，(X,Y)座標變化浮動大，根據電波本身的特性，知道電子標籤在固定位置不動，但RSSI值會有飄移的現象產生。因此我們測量電子標籤與Reader的距離為2、4、6、8公尺做RSSI漂移測量如圖9所示。測試完整性-300.511.522.533.51112131415161718191X座標Y座標線性(X座標)線性(Y座標)01234561112131415161718191X座標Y座標線性(X座標)線性(Y座標)圖8(a).座標(2m,2m)圖8(b).座標(3m,2m)測試完整性-401234561112131415161718191X座標Y座標線性(X座標)線性(Y座標)圖8(c)座標(6m,2m)020406080100120140115294357718599113標籤150-2公尺標籤115-4公尺標籤89-6公尺標籤481478-8公尺圖9.RSSI漂移現象測試完整性-5由圖9觀察RSSI值了解，漂移現象會在1至60時間上有較大的跳動幅度，到60以後幅度縮小。根據此實驗結果，我們在求得定位數據時，需增加讀取參考標籤RSSI值的次數，以求更精準之定位數據。圖10所示為取樣50筆資料做距離參數並計算二維座標，定位結果發現準確性與穩定性有明顯的差別，證明此解決方法有效。測試完整性-60123451112131415161718191X座標Y座標線性(Y座標)線性(X座標)01234561112131415161718191X座標Y座標線性(Y座標)線性(X座標)圖10(a).座標(4m,2m)圖10(b).座標(6m,3m)測試完整性-70123456781112131415161718191X座標Y座標線性(Y座標)線性(X座標)圖10(c).座標(7m,4m)測試完整性-8圖11.執行畫面(一)測試完整性-9圖12.執行畫面(二)結論此研究所提出RFID二維定位技術經理論的推演及實驗的驗證，證實此系統具體可行。與目前文獻所題提出類似的方法比較，更證實此系統的優越性。因此，本研究所提出的定位技術對RFID的應用領域有具體的貢獻。