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研究生:邱育中
研究生(外文):Yu-Chung Chiu
論文名稱:ZigBee無線網路之定位系統設計
論文名稱(外文):Positioning System with ZigBee Wireless Network
指導教授:李榮全李榮全引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立虎尾科技大學
系所名稱:航空與電子科技研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:54
中文關鍵詞:ZigBeeRSSI定位系統
外文關鍵詞:ZigBeeRSSIIndoor Positioning System
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隨著科技日新月異,高科技建築也隨之蓬勃發展,當建築物涵蓋範圍及體積日趨增加,衛星訊號受到建築物遮擋影響,導致全球定位系統(Global Position System, GPS)接收機在室內環境無法順利接收衛星訊號,定位誤差大增,使得在室內定位系統設計上GPS精度已不敷使用。

本論文以ZigBee無線網路架構室內定位系統,在室內空間中佈置參考節點,透過ZigBee無線網路將訊號傳輸訊號至定位節點,定位節點再以接收訊號強度值推算離參考節點之距離,得知和各參考節點之距離後,再經由三角定位法則即可推算定位節點之位置,將計算後的位置傳至電腦端顯示。並以靜態及動態實驗進行數據分析及誤差探討,歸納產生定位誤差的原因以及修正方法。

本論文提出的室內定位系統,透過ZigBee無線傳輸、RSSI判斷距離與三角定位法則搭配應用,將系統無線化、智慧化、人性化、低成本化,改善室內無法以GPS定位的缺點,增加建築位內的系統定位能力。


In recent decades, technology has developed rapidly and the usage of high-tech building is also growing. Due to the structures, Global Positioning System (GPS) cannot receive signal transmission in the indoor space properly. Therefore, GPS positioning is ineffective in the indoor space.

The study aims to implement an indoor positioning system which based on ZigBee wireless network. The researchers placed the reference node in the indoor space. Reference node send signals to the positioning node by ZigBee wireless signal transmission. Therefore, the researchers can calculate the distance between the reference nodes and the positioning nodes by received signal strength values. After calculating the distance of positioning node between the reference nodes and positioning node, the researchers can analyze the data and figure out the positions by Triangle Math. The current positions display on computer. With data and analysis of static and dynamic experiment, the researchers can find out the error of positioning and come out with the corrections.

Indoor Positioning System with ZigBee wireless network improved the drawbacks of GPS by designing wireless, intelligent, humanization and low cost. It increases the accuracy of Positioning in buildings.


中文摘要………………………………………………………………………………………………………………i
英文摘要………………………………………………………………………………………………………………ii
誌謝………………………………………………………………………………………………………………………iv
表目錄……………………………………………………………………………………………………………………vii
圖目錄……………………………………………………………………………………………………………………viii
字頭縮寫表…………………………………………………………………………………………………………x
第一章 緒論…………………………………………………………………………………………………1
1.1 前言………………………………………………………………………………………………………………1
1.2 文獻回顧………………………………………………………………………………………………………2
1.3 研究動機與目的…………………………………………………………………………………………3
1.4 無線傳輸技術介紹……………………………………………………………………………………4
1.4.1 ..BlueTooth……………………………………………………………………………………4
1.4.2 ..Wi-Fi………………………………………………………………………………………………6
1.4.3 ..ZigBee……………………………………………………………………………………………7
1.4.4 傳輸技術比較…………………………………………………………………………………………9
第二章 室內定位系統演算法……………………………………………………………………11
2.1 .到達時間定位法(TOA)…………………………………………………………………………13
2.2 .到達時間差定位法.(TDOA)…………………………………………………………………14
2.3 .接收信號角度定位法(AOA)…………………………………………………………………16
2.4 .接收訊號強度定位法(RSSI)…………………………………………………………………18
第三章 控制器設計…………………………………………………………………………………………20
3.1 ..ZigBee室內定位系統架構…………………………………………………………………20
3.2 ..ZigBee參考節點……………………………………………………………………………………22
3.3 ..ZigBee定位節點……………………………………………………………………………………25
3.4 主控端電路……………………………………………………………………………………………………29
3.5 定位顯示系統…………………………………………………………………………………………………30
第四章 系統測試結果與分析…………………………………………………………………………34
4.1 靜態實驗…………………………………………………………………………………………………………36
4.2 靜態誤差數據分析探討………………………………………………………………………………38
4.3 動態實驗…………………………………………………………………………………………………………40
4.4 靜態和動態誤差數據分析探討…………………………………………………………………44
第五章 結論與未來展望…………………………………………………………………………………46
5.1 結論…………………………………………………………………………………………………………………46
5.2 未來展望…………………………………………………………………………………………………………46
參考文獻……………………………………………………………………………………………………………………47
英文論文大綱……………………………………………………………………………………………………………49
簡歷……………………………………………………………………………………………………………………………53

[1]林景頎,“室內定位品質分析之研究,”國立成功大學電機工程學系碩士論文,2006,7月。
[2]陳雅絹,“應用RFID技術之機器人定位方法,”國立成功大學工程科學系碩士論文,2011,1月。
[3]李振興,“遠端感測控制系統之ZigBee/Ethernet閘道器設計與應用,”國立雲林科技大學資訊工程研究所論文,2009,1月。
[4]黃靖凱,“結合ZigBee無線網路與模糊控制之智慧型逃生導引系統,”國立虎尾科技大學航空與電子科技研究所碩士論文,2011,7月。
[5]梁偉誠,“以類神經網路製作無線定位系統,”大同大學資訊工程研究所碩士論文,2007,6月。
[6]Allen Ka and Lun Miu,"Design and implementation of an indoor mobile navigation System, “Master thesis of CS at MIT 2002.
[7]Jin-Shyan Lee, Yu-Wei Su, and Chung-Chou Shen,“A Comparative Study of Wireless Protocols: Bluetooth, UWB, ZigBee, and Wi-Fi”, The 33rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON) , Taipei, Taiwan, 2007.
[8]IEEE 802 Working Group, “Standard for Part 15.4: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Low Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs)”, ANSI/IEEE 802.15.4, Oct. 2003.
[9]顏啟森,“無線感測網路之感測器定位系統實作,”國立中正大學通訊工程研究所碩士論文,2005,7月。
[10]林暉景,“IEEE 802.15技術研究─各種測距演算法之介紹,”工研院電通所技術專欄。
[11]D. Culler, D. Estrin, and M. Srivastava,“Overview of Sensor Networks,” IEEE Computer, Vol. 37, No. 8, pp. 41-49, Aug.2004.
[12]Data Sheet for CC2430 2.4GHz IEEE 802.15.4/A True System-on-Chip 2.4GHz IEEE802.15.4/ZigBee , available online at http://www.chipcon.com/。
[13]邱冠傑,“以ZigBee感測網路為基礎之智慧型SIP電話通訊系統,”國立成功大學工程科學系碩士論文,2006,7月。
[14]郭淵博、楊奎武、趙儉,ZigBee技術與應用,初版,115-185,北京,騰飛出版社,2010。
[15]Data Sheet for single-chip usb to uart bridge, available online at https://www.sparkfun.com/
[16]華亨科技,ZigBee無線定位開發系統實驗指導書。
[17]Axel Sikora1, Voicu F. Groza2 “Coexistence of IEEE 802.15.4 with other Systems in the 2.4GHz-ISM-Band” IMTC 2005 – Instrumentation and Measurement Technology Conference Ottawa, Canada, 17-19 May 2005.
[18]黃鴻翔,“支援跳頻之 IEEE 802.15.4 ZigBee 無線隨身網路機制設計與實現,”國立中央大學通訊工程研究所碩士論文,2007,7月。


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