【室内定位技术】——ZigBee技术

May 22, 2022

概述

ZigBee，也称紫蜂(基于蜜蜂相互间联系的方式,蜜蜂通过Z字形飞行来通知发现的食物的位置、距离和方向等信息)，是一种低速短距离传输的无线网络协议，底层是采用IEEE 802.15.4标准规范的媒体访问层与物理层。主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网络节点、支持多种网络拓扑、低复杂度、可靠、安全。

由Honeywell公司组成的ZigBee Alliance制定，从1998年开始发展，于2001年向电机电子工程师学会（IEEE）提案纳入IEEE 802.15.4标准规范之中，IEEE802.15.4协议是IEEE802.15.4工作组为低速率无线个人区域网（WPAN:Wireless Personal Area Network）制定的标准，该工作组成立于2002年12月，致力于定义一种廉价的，固定、便携或移动设备使用的，低复杂度、低成本、低功耗、低速率的无线连接技术，并于2003年12月通过了第一个802.15.4标准。随着无线传感器网络技术的发展，无线传感器网络的标准也得到了快速的发展。802.15.4标准定义了在个人区域网中通过射频方式在设备间进行互连的方式与协议，该标准使用避免冲突的载波监听多址接入以方式作为媒体访问机制，同时支持星型与对等型拓扑结构。

在802.15.4标准中指定了两个物理频段和直接序列扩频（DSSS）物理层频段：868/915MHz和2.4GHz。2.4GHz的物理层支持空气中250kb/s的速率，而868/915MHz的物理层支持空气中20kb/s和40kb/s的传输速率。由于数据包开销和处理延迟，实际的数据吞吐量会小于规定的比特率。作为支持低速率、低功耗、短距离无线通信的协议标准，802.15.4在无线电频率和数据率、数据传输模型、设备类型、网络工作方式、安全等方面都做出了说明。并且将协议模型划分为物理层和媒体接入控制层两个子层进行实现

ZigBee工作频段

信道 0：868 兆赫（欧洲）
信道 1-10：915 MHz（美国和澳大利亚）
信道 11-26：2.4 GHz（全球）

ZigBee网络拓扑

星形拓扑
网格拓扑
树拓扑

ZigBee网络架构

Zigbee架构是6层的组合，分别是应用层（属于用户级别的程序）、应用接口层、安全层、网络层、访问控制层、物理层；其中应用层是用户的程序，应用接口、安全层和网络层Zigbee联盟的用于存储数据，访问控制层和物理层是IEEE 802.15.4；是物理层的硬件协议。

ZigBee标准的特点

它是在IEEE 802.15.4下开发的。
Zigbee支持的频率范围在全球范围内大多为2.4 GHz。
它还使用BPSK和QPSK调制技术，如UWB。
zigbee 支持小型和大型网络，有超过六万五千（65000）个细胞节点。
zigbee 中有 16 个射频通道。
Zigbee还需要低带宽，但大多数时候都大于蓝牙的带宽。
zigbee的无线电信号范围是10到100米
低数据速率（20- 250 kbps）
低耗电量
加入网络时间（约 30 毫秒）
产品成本低，实施成本低（开源协议）
工作频段（仅选择一个信道在网络中使用）

ZigBee的应用领域

根据其特点，ZigBee的目标就是针对，工业，家庭自动化，遥测遥控，例如灯光自动化控制，传感器的无线数据采集和监控，油田，电力，矿山和物流管理等应用领域

世电科技ZigBee的定位原理

各种定位技术侧重点不一样，所涉及的领域和市场也有不同。在具体场景中，要多方面考虑来决定用那种方案来进行，一般实际的考量点有定位精度、定位范围、定位数量、用户数量、私密性、设备安装、更新频率、功耗、可扩展性、兼容其他系统、输出数据的格式、以及最重要的成本。

定位原理

对标签无线信号场强的测量计算出电子标签与天线的距离，距离与无线信号强度间为指数曲线关系

有3个值是需要我们反复测量标定的

1、 L0：标签与读卡器距离为0厘米时的信号强度，测量值为-8dBm。
2、 L1：标签与读卡器距离为40厘米时的信号强度，测量值为-20dBm。
3、 L2：标签与读卡器距离为100厘米时的信号强度，测量值为-30dBm

根据这三个值，推导的公式如下:

在仓库、车间的四周安装好定位基站（读卡器）就可以测量出标签的大致位置。在有效范围内每个基站都会得到该电子标签与自己的距离，根据2~3个最靠近电子标签的基站的测试值，便可能得到该电子标签在空间的大致位置。定位精度1~3米

应用框图

设备接入方式

可接入16个无线读卡器

人员定位连接方式

可接入32个485读卡器

世电科技Zigbee产品特点

运动检测

运动检测改善标签使用寿命

选择“运动检测”工作模式的电子标签时，标签长时间没有运动时（默认10分钟），标签自动停止工作。这样可以有效节省电量，大幅延长了标签使用的时间。当标签用作人员、车辆的定位时，推荐选择“运动检测”工作模式的电子标签。标签从运动状态到静止状态的检测时间默认为十分钟（可以定制为1~60分钟）。静止状态标签默认不工作（可以定制为慢速工作，1~60秒发一次）。需要定制的和我们客服联系后下单。

声、光标签

世电科技的Zigbee标签结合了声音提示、马达震动和LED光的闪烁提醒；让用户再寻找标签的时候发出警示，配合手机端的应用程序可以很方便的找到标签产品

没有安装定位系统，仍然可以仅使用手持机查找标签。直接在手持机上输入标签ID，或者使用盘点软件将物品的标签ID发送到手持机，手持机启动查找，可以确认标签是否在附近，确认标签初步位置后，让手持机发送指令激活标签，通过声光提醒可以轻松找到标签。方法如下：
打开手持机，进入“查找”页面，输入对应的标签编码，点击“启动”按钮，就可以查找该标签是否在附近。如查找标签在附近，手持机会显示该标签与手持机的的实际距离，你可以根据距离值判断标签的远近，快速确定标签在哪个区域，提高物品查找的效率。

被查找的电子标签发光（不断闪烁），提醒用户标签的位置。如果仍无法找到，可以点击右下方的喇叭按钮，被查找的电子标签会发出“哔哔哔”的蜂鸣声音，让你更方便的找到该标签

短信标签

使用短信标签需要部署定位系统，使用免费的客户端软件可以查看任意一个电子标签在地图上的实时位置，定位系统也可以将标签位置坐标数据发送给第三方平台，方便第三方平台开发自己的各种定位应用。提供短信呼叫的开放协议和源码参考，方便用户开发自己的短信发送平台。
短信标签充一次电可以待机三个月以上的时间，有实时电量显示。标签最多可以存储500条短信，循环存储。1.54寸高亮OLED显示屏，文本信息在阳光下也清晰可读。

太阳能标签

使用太阳能充电，晴天充电电流可达60mA。内置120mAH电量小型蓄电池，充满电后在黑暗环境中可以持续工作120小时。电池欠压（电量不足20%）后，晴天晒太阳2个小时可以恢复到满电状态。
电子标签每秒定期向外无线广播标签ID信息，发射功率100mW，发射距离空旷可达300米。
该标签被广泛应用在公交车报站、渣土车计数、卡丁车记圈、游艇靠码头实时登记等系统中。