基于ZigBee的博物館監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于ZigBee的博物館監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供了在博物館復(fù)雜的傳播環(huán)境中，上位機(jī)依據(jù)優(yōu)化的RSSI測距算法及質(zhì)心定位模型對內(nèi)嵌有ZigBee射頻芯片的感應(yīng)手環(huán)進(jìn)行實(shí)時定位，并借助ZigBee協(xié)調(diào)器的轉(zhuǎn)發(fā)功能，與下位機(jī)上的多種傳感器進(jìn)行相互的信息反饋，做到對博物館內(nèi)部環(huán)境變量的監(jiān)控以及對游客尤其是兒童和特殊人員的準(zhǔn)確定位。以ZigBee無線技術(shù)為基礎(chǔ)的博物館監(jiān)測系統(tǒng)無需布線，操作容易，網(wǎng)絡(luò)容量大，可起到方便人員備案，精確統(tǒng)計館內(nèi)游客分布情況，提高同時進(jìn)館人數(shù)，準(zhǔn)確監(jiān)測內(nèi)部環(huán)境參數(shù)變化，確保館藏展品安全的作用。
【專利說明】基于ZigBee的博物館監(jiān)測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種博物館監(jiān)測系統(tǒng)，尤其是一種基于ZigBee的博物館監(jiān)測裝置，屬 于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 文物是勞動人民聰明智慧的結(jié)晶，是人類最為寶貴不可再生的文化財富，而博物 館是文物收藏的主要機(jī)構(gòu)，在文物的宣傳，研究，收藏和文化遺產(chǎn)的保護(hù)中發(fā)揮著重要作 用。隨著出土文物的增多和參觀需求的劇增，博物館一方面要限制參觀的人流量，一方面又 要用有限的工作人員去提醒游客關(guān)閉閃光燈，保持安靜，保護(hù)好藏品的安全，以營造和諧的 參觀氛圍。
[0003] 如何合理監(jiān)控館內(nèi)人員分布位置，控制及提高同時進(jìn)館人數(shù)，減輕工作人員的負(fù) 擔(dān)，減少人力成本支出，準(zhǔn)確監(jiān)測內(nèi)部環(huán)境參數(shù)變化，確保館藏展品的安全，協(xié)調(diào)好展品保 護(hù)和參觀過程帶來的諸多問題，成為博物館亟需解決的問題，然而目前為止在國內(nèi)尚少見 到有關(guān)報道。
[0004] ZigBee定位技術(shù)作為一種成本低廉、高效節(jié)能、定位精確的無線通信技術(shù)，已廣泛 應(yīng)用于貨物運(yùn)輸跟蹤系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)等。將ZigBee技術(shù)結(jié)合優(yōu)化的RSSI測距算法及質(zhì)心 定位模型并運(yùn)用于博物館的監(jiān)測系統(tǒng)，可有效解決目前人數(shù)限流參觀的問題，控制及提高 同時參觀的游客人數(shù)，最大限度地發(fā)揮博物館的教育功能，也可有效地把展廳環(huán)境參數(shù)維 持在理想范圍，起到保護(hù)展館藏品安全的作用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種基于ZigBee的博物館監(jiān)測系統(tǒng)，目的在于提供一種布置簡單， 操作容易，可應(yīng)用于博物館進(jìn)行人員備案，精確定位人員，減少人力成本支出，并能檢測環(huán) 境變化，保護(hù)館藏展品安全的裝置。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：基于ZigBee的博物館監(jiān)測系統(tǒng)，包 括有源ZigBee終端(下位機(jī))、ZigBee協(xié)調(diào)器、監(jiān)控端PC機(jī)、監(jiān)控軟件(上位機(jī))、加密軟件、 前臺PC機(jī)、身份證識別儀、感應(yīng)手環(huán)、后臺數(shù)據(jù)庫。
[0007] 進(jìn)一步的，所述有源ZigBee終端(下位機(jī)）主芯片為射頻芯片，支持ZigBee協(xié)議 棧，滿足IEEE802. 15. 4-2006標(biāo)準(zhǔn)和ZigBee 2010技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計開發(fā)要求。 整體包括ZigBee無線射頻模塊、語音芯片、光敏傳感器、溫濕度傳感器、煙霧傳感器、噪聲 檢測單元、0LED顯示模塊、揚(yáng)聲器、供電單元、工作狀態(tài)指示燈、查詢模塊。下位機(jī)可自主識 別記憶工作環(huán)境，具備智能語音提醒功能，且采用分簇路由協(xié)議，在每組簇中優(yōu)先級最低的 若干下位機(jī)處于休眠狀態(tài)，其他優(yōu)先級的下位機(jī)則處于工作狀態(tài)。每個下位機(jī)具有標(biāo)識其 所處位置的地區(qū)編碼，即為錨節(jié)點(diǎn)。 進(jìn)一步的，所述ZigBee協(xié)調(diào)器用于構(gòu)建ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與網(wǎng)內(nèi)監(jiān)控端PC 機(jī)通訊，若ZigBee協(xié)調(diào)器借助網(wǎng)關(guān)協(xié)議連接至Internet,則Internet中的上位機(jī)均可由 ZigBee協(xié)調(diào)器轉(zhuǎn)發(fā)，能與ZigBee網(wǎng)絡(luò)中任意一臺下位機(jī)進(jìn)行通訊。
[0008] 進(jìn)一步的，所述監(jiān)控端PC機(jī)是人對全部下位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控、管理的硬件平臺，監(jiān)控 軟件運(yùn)行在此平臺上。
[0009] 進(jìn)一步的，所述監(jiān)控軟件(上位機(jī)）采用支持Python語言的跨平臺集成開發(fā)環(huán)境 Qt Creator編寫，能模擬三維立體空間環(huán)境，具備顯示各個下位機(jī)節(jié)點(diǎn)的位置和狀態(tài)、瀏覽 歷史數(shù)據(jù)、開關(guān)節(jié)點(diǎn)等功能?？蓪igBee協(xié)調(diào)器傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，也可通過 協(xié)調(diào)器給予各節(jié)點(diǎn)反饋命令，同時發(fā)給后臺數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存檔備案。ZigBee協(xié)調(diào)器和上位機(jī) 之間采用中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，由發(fā)送端向接收端發(fā)送請求是否可以發(fā)送數(shù)據(jù) 命令，之后接收端收到請求命令后給發(fā)送端返回一個命令數(shù)據(jù)，發(fā)送端根據(jù)接收端發(fā)回的 命令判斷是否可以開始傳輸數(shù)據(jù)。上位機(jī)內(nèi)部設(shè)有一主線程和多子線程，主線程用于處理、 標(biāo)識數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性，而子線程利用隊(duì)列阻塞機(jī)制進(jìn)行初步的數(shù)據(jù)儲存、處理。上位 機(jī)的圖形用戶界面（⑶I)負(fù)責(zé)與用戶進(jìn)行人機(jī)交互：⑶I使用Connect方法與遠(yuǎn)程ZigBee 終端建立連接，調(diào)用Send方法將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)，供ZigBee協(xié)調(diào)器接收；另利用Recv () 函數(shù)接收來自網(wǎng)絡(luò)的消息，并在新建的子線程中，利用For循環(huán)來調(diào)用Recv ()函數(shù)，查看 緩存數(shù)據(jù)。
[0010] 進(jìn)一步的，所述加密軟件采用多線程平均分區(qū)并行抽取算法模擬隨機(jī)抽數(shù)：運(yùn)行 時程序?qū)⒂嬎銠C(jī)上的某個磁盤分區(qū)進(jìn)行平均分區(qū)，多線程進(jìn)行并行抽取，最大限度起到隨 機(jī)效果，抽取出來的若干數(shù)值采用MD5算法生成對應(yīng)特征碼。
[0011] 進(jìn)一步的，所述前臺PC機(jī)通過所述身份證識別儀掃描游客的身份證并提取身份 證號碼，經(jīng)所述加密軟件隨機(jī)抽取若干數(shù)值進(jìn)行加密生成特征碼，再將其下載到所述感應(yīng) 手環(huán)，從而將個人身份證號碼和感應(yīng)手環(huán)特征碼對應(yīng)起來。
[0012] 進(jìn)一步的，所述感應(yīng)手環(huán)作為一個移動終端，其環(huán)體由ZigBee射頻芯片、電源、 LED電源指示燈及緊急呼叫按鈕構(gòu)成。感應(yīng)手環(huán)可主動向外界發(fā)送的RSSI信號，由下位機(jī) 接收后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至監(jiān)控端PC機(jī)上的監(jiān)控軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；監(jiān)控軟件將未確定位置的 感應(yīng)手環(huán)視為未知節(jié)點(diǎn)，并通過RSSI測距算法及質(zhì)心定位模型確定位置。
[0013] 進(jìn)一步的，所述后臺數(shù)據(jù)庫采用MySQL搭建，可接受來自前臺PC機(jī)的游客身份證 號碼和對應(yīng)感應(yīng)手環(huán)特征碼，以及對監(jiān)控軟件的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行存檔備案。
[0014] 本發(fā)明采用上述技術(shù)方案具有如下有益效果： 本發(fā)明系統(tǒng)組網(wǎng)簡單、維護(hù)方便，網(wǎng)絡(luò)的冗余性和穩(wěn)健性強(qiáng)，人機(jī)交互性能好，游客備 案信息完整，可合理監(jiān)控館內(nèi)游客分布情況，提高同時進(jìn)館人數(shù)。并且ZigBee技術(shù)成熟，價 格低廉，可最大限度的發(fā)揮博物館的教育功能，能有效地把展廳環(huán)境參數(shù)維持在理想范圍， 起到保護(hù)展館藏品安全的作用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明的博物館監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 圖2是本發(fā)明的下位機(jī)工作原理示意圖； 圖3是本發(fā)明的RSSI測距算法流程圖； 圖4是本發(fā)明的質(zhì)心定位模型示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0017] 如圖1所示，基于ZigBee的博物館監(jiān)測系統(tǒng)，包括有源ZigBee終端(下位機(jī))、 ZigBee協(xié)調(diào)器、前臺PC機(jī)、身份證識別儀、加密軟件、感應(yīng)手環(huán)、后臺數(shù)據(jù)庫、監(jiān)控端PC機(jī)、 監(jiān)控軟件(上位機(jī))。
[0018] 如圖2所示，當(dāng)下位機(jī)第一次在特定的場合被啟用時，它將在若干秒內(nèi)啟動智能 初始化，將該特定場合的光線閥值、噪聲分貝記錄下來。而正常工作時，它將實(shí)時檢測環(huán)境 中的環(huán)境變量，如若超出預(yù)讀取的閥值所允許的范圍，則啟用多種語言的人性化語音進(jìn)行 提示游客關(guān)閉閃光燈，保持安靜。光強(qiáng)檢測和噪聲檢測采用實(shí)時檢測，溫濕度檢測和煙霧 濃度監(jiān)測則采用周期檢測法，利用周期性點(diǎn)播的定時器作為環(huán)境信息采集時間，以減輕MCU 的數(shù)據(jù)處理量，以上所檢測的數(shù)值均在0LED上顯示出來。附帶的工作狀態(tài)指示燈可以顯 示下位機(jī)工作狀態(tài)。下位機(jī)上的傳感器實(shí)時檢測外部環(huán)境中的信息采集數(shù)據(jù)后，由下位機(jī) 上的無線射頻模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行組幀、幀校驗(yàn)、加密、發(fā)送的處理，再匯聚到所述ZigBee協(xié)調(diào) 器。當(dāng)ZigBee協(xié)調(diào)器發(fā)生故障時，對應(yīng)優(yōu)先級最高的下位機(jī)將會自動代替ZigBee協(xié)調(diào)器 執(zhí)行轉(zhuǎn)發(fā)來自其他低優(yōu)先級下位機(jī)數(shù)據(jù)的任務(wù)。同時處于休眠中若干下位機(jī)將被距離最近 的下位機(jī)喚醒，進(jìn)入工作狀態(tài)，起到增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)健性的作用。在保證信號不失真的情況下， 下位機(jī)在對溫濕度和煙霧濃度進(jìn)行監(jiān)測時盡量用低采樣頻率，以減少數(shù)據(jù)傳輸量。同時可 對采集的環(huán)境信息進(jìn)行緩存打包，一起發(fā)送，以提高數(shù)據(jù)的發(fā)送效率，減少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能量 消耗。
[0019] ZigBee協(xié)調(diào)器在接收完下位機(jī)處理過的數(shù)據(jù)后，再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至監(jiān)控端PC機(jī)。利 用監(jiān)控端PC機(jī)上的監(jiān)控軟件，操作人員可以看到下位機(jī)的狀態(tài)及所在角落里的環(huán)境信息， 同時也可以通過GUI發(fā)送控制指令給下位機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。當(dāng)某區(qū)域的下位機(jī) 在額定時間內(nèi)語音提示超過預(yù)設(shè)定次數(shù)時，GUI將彈出提醒窗口負(fù)責(zé)上位機(jī)的操作人員，操 作人員可調(diào)出該區(qū)域閉路電視查看是否有必要派遣該區(qū)域附近的工作人員前往處理。
[0020] 博物館工作人員操作前臺PC機(jī)借助身份證識別儀掃描游客的身份證，提取身份 證號碼,通過加密軟件多線程平均分區(qū)并行抽取算法并經(jīng)MD5加密，生成若干位數(shù)的特征 碼并將其下載到感應(yīng)手環(huán)，同時也發(fā)送給后臺數(shù)據(jù)庫，從而完成固化感應(yīng)手環(huán)特征碼和個 人信息備案，同時上位機(jī)自動記錄該感應(yīng)手環(huán)的特征碼以及對應(yīng)身份證號碼。針對尚未有 身份證的小孩，則將陪同參觀的成年人身份證定為目標(biāo)身份證，即同一身份證可對應(yīng)的多 個感應(yīng)手環(huán)，它們均具有相同的特征碼。固化完成后發(fā)放給參觀的游客，感應(yīng)手環(huán)自領(lǐng)取時 開始工作，在消除對應(yīng)特征碼后停止工作。當(dāng)戴有感應(yīng)手環(huán)的游客進(jìn)入展廳的下位機(jī)的感 應(yīng)區(qū)時，感應(yīng)手環(huán)不斷發(fā)送自身的特征碼給其所在區(qū)域附近的下位機(jī)，下位機(jī)將接收到的 特征碼以及自身的地區(qū)編碼發(fā)送給ZigBee協(xié)調(diào)器，ZigBee協(xié)調(diào)器將匯集的特征碼及地區(qū) 編碼傳輸至上位機(jī)。上位機(jī)利用RSSI測距算法及質(zhì)心定位模型形成定位。如圖3所示，對 感應(yīng)手環(huán)進(jìn)行定位的算法如下： 步驟一：在確定未知節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率的情況下，錨節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的接收功率，計算出 RSSI信號的傳播損耗，再通過優(yōu)化的RSSI測距算法將傳播損耗轉(zhuǎn)換為距離，在自由空間中 距離發(fā)射r處的錨節(jié)點(diǎn)接收到的信號強(qiáng)度由下面的公式給出： Pr (Γ) = (1-ζ)Ρ?λ2/(43?)2Λ 其中Pt為未知節(jié)點(diǎn)發(fā)射RSSI信號功率（單位：w) ;Pr(r)為距離r處的錨節(jié)點(diǎn)接收 RSSI信號功率（單位：w) ; ζ是信號衰弱指數(shù)，其大小取決于傳播環(huán)境；r是距離（單位： m) ;L是與傳播無關(guān)的系統(tǒng)損耗因子；λ是波長（單位：m)。具體而言：ζ值可以依據(jù)相應(yīng) 的文物材料來調(diào)整，設(shè)定相應(yīng)的比例因數(shù)，如金屬類的藏品應(yīng)該調(diào)高部署在該區(qū)域錨節(jié)點(diǎn) 的ξ值，而陶瓷和木質(zhì)類的藏品則可調(diào)低該區(qū)域錨節(jié)點(diǎn)的ξ值； 通過計算接收RSSI的值，利用下面的公式即可計算收發(fā)節(jié)點(diǎn)之間的距離r :

【權(quán)利要求】
1. 基于ZigBee的博物館監(jiān)測系統(tǒng)，包括ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)，其特征在于：所述系統(tǒng)包括 有源ZigBee終端(下位機(jī))、ZigBee協(xié)調(diào)器、監(jiān)控端PC機(jī)、監(jiān)控軟件(上位機(jī))、加密軟件、前 臺PC機(jī)、身份證識別儀、感應(yīng)手環(huán)、后臺數(shù)據(jù)庫。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee的博物館監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述有源 ZigBee終端（下位機(jī)）包括ZigBee無線射頻模塊、語音芯片、光敏傳感器、溫濕度傳感器、 煙霧傳感器、噪聲檢測單元、OLED顯示模塊、揚(yáng)聲器、供電單元、工作狀態(tài)指示燈、查詢模塊； 下位機(jī)可自主識別記憶工作環(huán)境，具備智能語音提醒功能，且采用分簇路由協(xié)議分組，在每 組簇中，優(yōu)先級最低的若干下位機(jī)處于休眠狀態(tài)，其他優(yōu)先級的下位機(jī)則處于工作狀態(tài)；每 個下位機(jī)具有標(biāo)識其所處位置的地區(qū)編碼，即為錨節(jié)點(diǎn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee的博物館監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述ZigBee 協(xié)調(diào)器用于構(gòu)建ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與網(wǎng)內(nèi)監(jiān)控端PC機(jī)通訊，若ZigBee協(xié)調(diào)器 借助網(wǎng)關(guān)協(xié)議連接至Internet,則Internet中的上位機(jī)均可由ZigBee協(xié)調(diào)器轉(zhuǎn)發(fā)，能與 ZigBee網(wǎng)絡(luò)中任意一臺下位機(jī)進(jìn)行通訊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于ZigBee的博物館監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述 監(jiān)控軟件(上位機(jī)）作為控制操作軟件平臺，具備以下功能： (1) 所述監(jiān)控軟件(上位機(jī)）采用支持Python語言的跨平臺集成開發(fā)環(huán)境Qt Creator 編寫，能模擬三維立體空間環(huán)境，具備顯示各個下位機(jī)節(jié)點(diǎn)位置和狀態(tài)、瀏覽歷史數(shù)據(jù)、開 關(guān)節(jié)點(diǎn)等功能；可對ZigBee協(xié)調(diào)器傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并通過ZigBee協(xié)調(diào)器給 予各節(jié)點(diǎn)反饋命令，同時發(fā)給后臺數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存檔備案； (2) 所述上位機(jī)和ZigBee協(xié)調(diào)器之間采用中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收：由發(fā)送端 向接收端發(fā)送請求傳輸命令，接收端收到請求傳輸命令后，給發(fā)送端返回一個指令，發(fā)送端 根據(jù)接收端返回的指令判斷是否開始傳輸數(shù)據(jù)； (3) 所述上位機(jī)內(nèi)部設(shè)有一主線程和多子線程，主線程用于處理、標(biāo)識數(shù)據(jù)的完整性和 準(zhǔn)確性，而子線程利用隊(duì)列阻塞機(jī)制進(jìn)行初步的數(shù)據(jù)儲存、處理； (4) 所述上位機(jī)的圖形用戶界面（⑶I)負(fù)責(zé)與用戶進(jìn)行人機(jī)交互：⑶I使用Connect方 法與遠(yuǎn)程ZigBee終端建立連接，調(diào)用Send方法將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)，供ZigBee協(xié)調(diào)器接收； 另使用Recv ()函數(shù)接收來自網(wǎng)絡(luò)的消息，并在新建的子線程中，利用For循環(huán)調(diào)用Recv ()函數(shù)查看緩存數(shù)據(jù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee的博物館監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述加密軟 件采用多線程平均分區(qū)并行抽取算法模擬隨機(jī)抽數(shù)：運(yùn)行時程序?qū)⒂嬎銠C(jī)上的某個磁盤分 區(qū)進(jìn)行平均分區(qū)，多線程進(jìn)行并行抽取，最大限度起到隨機(jī)效果，抽取出來的若干數(shù)值采用 MD5算法生成對應(yīng)特征碼。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的基于ZigBee的博物館監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述前臺 PC機(jī)通過所述身份證識別儀掃描游客的身份證并提取身份證號碼，經(jīng)所述加密軟件隨機(jī)抽 取若干數(shù)值進(jìn)行加密生成特征碼，再將其下載到所述感應(yīng)手環(huán)，從而將個人身份證號碼和 感應(yīng)手環(huán)特征碼對應(yīng)起來。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于ZigBee的博物館監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述感應(yīng) 手環(huán)作為一個移動終端，其環(huán)體由ZigBee射頻芯片、電源、LED電源指示燈及緊急呼叫按鈕 構(gòu)成；所述感應(yīng)手環(huán)可主動向外界發(fā)送的RSSI信號，由下位機(jī)接收后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至所述監(jiān) 控端PC機(jī)上的監(jiān)控軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；監(jiān)控軟件將未確定位置的感應(yīng)手環(huán)視為未知節(jié)點(diǎn)， 并通過RSSI測距算法及質(zhì)心定位模型確定位置，具體步驟如下： 步驟一：在確定未知節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率的情況下，錨節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的接收功率，計算出 RSSI信號的傳播損耗，再通過優(yōu)化的RSSI測距算法將傳播損耗轉(zhuǎn)換為距離，在自由空間中 距離發(fā)射r處的錨節(jié)點(diǎn)接收到的信號強(qiáng)度由下面的公式給出： Pr (Γ) = (1-ζ)Ρ?λ2/(43?)2Λ 其中Pt為未知節(jié)點(diǎn)發(fā)射RSSI信號功率（單位：w) ;Pr(r)為距離r處的錨節(jié)點(diǎn)接收 RSSI信號功率（單位：w) ; ζ是信號衰弱指數(shù)，其大小取決于傳播環(huán)境；r是距離（單位： m) ;L是與傳播無關(guān)的系統(tǒng)損耗因子；λ是波長（單位：m); 通過計算接收RSSI的值，利用下面的公式即可計算收發(fā)節(jié)點(diǎn)之間的距離r :
將能夠收到某一未知節(jié)點(diǎn)發(fā)射的RSSI信號的若干錨節(jié)點(diǎn)ηι、η2、···、!!_"按照RSSI值從 大到小排序，則相對應(yīng)收發(fā)節(jié)點(diǎn)之間的距離為ri、r2、…、rm ; 步驟二：選取錨節(jié)點(diǎn)ηι、η2、η3，用于建立質(zhì)心定位模型：根據(jù)優(yōu)化的RSSI測距算法得到 該未知節(jié)點(diǎn)到3個被選取的錨節(jié)點(diǎn)的距離r2、r3,則此未知節(jié)點(diǎn)位于以被選取的任一錨 節(jié)點(diǎn)為球心，以距離A (i表示排序的第i個節(jié)點(diǎn)信號）為半徑的球上；為方便構(gòu)建質(zhì)心定 位模型，在此采取于二維空間畫圓代替球的方法： 設(shè)3個錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)分別為A(xa, ya), B(xb, yb), C(x。，y。)，未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為（Xi, yj , 以A，B，C為圓心，依次以Γι，r2, r3為半徑畫圓，可得到3個圓的交疊區(qū)域，并且該區(qū)域的邊 界弧線分別兩兩相交于E (Xp ，F(xiàn) (x2, y2)，G (x3, y3)，則有：
求得E、F、G三點(diǎn)的坐標(biāo)值，則未知節(jié)點(diǎn)D的坐標(biāo)為E、F、G三點(diǎn)坐標(biāo)的平均值H，即：
步驟三：為引進(jìn)更多定位信息以減小個別測距誤差對定位結(jié)果的影響，重新選取n2、 n3、n4重復(fù)步驟二操作；再重新選取n3、n4、n 5重復(fù)步驟二操作；以此類推，在設(shè)定的時間 段里（時間足夠短）重復(fù)步驟三X次（X值取決于傳播環(huán)境的電磁環(huán)境和節(jié)點(diǎn)的處理速 度，X彡m-2)直至選取n x、nx+1、nx+2重復(fù)步驟二操作,結(jié)束步驟三； 步驟四：將步驟三每次所得位置區(qū)域進(jìn)行重疊，并將重疊次數(shù)最多的點(diǎn)或者面判斷為 該時間段內(nèi)未知節(jié)點(diǎn)最終瞬時位置； 步驟五：將該未知節(jié)點(diǎn)的瞬時位置通過監(jiān)控軟件構(gòu)建的虛擬立體建筑進(jìn)行標(biāo)識，即可 繪出佩戴感應(yīng)手環(huán)的人員行走路徑，從而完成對特定游客參觀路徑的記錄。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的基于ZigBee的博物館監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述后臺 數(shù)據(jù)庫采用MySQL搭建，可接收存儲來自前臺PC機(jī)的游客身份證號碼和對應(yīng)感應(yīng)手環(huán)特征 碼，以及對監(jiān)控軟件的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行存檔備案。
【文檔編號】H04W84/18GK104065751SQ201410330266
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月13日
【發(fā)明者】羅梓杰, 林凱宏 申請人:羅梓杰, 林凱宏