摘 要

本文主要是利用环境中的WiFi和LabVIEW实现机器人室内定位，并且可以实现实时位置显示。机器人获取所处室内的WiFi列表，得到距每个信号点的距离，并选取合适的定位参考点。首先获取WiFi参考点的信号强度，根据信号强度值计算得到被测点到参考点的距离。最后使用三边定位法将被测点的位置坐标得到，从而实现定位。在本次实验中，利用手机热点作为参考点，使用ESP8266WiFi模块检测WiFi信号强度值，模块将获取到的WiFi信息通过串口传输给上位机LabVIEW，上位机对WiFi信息中RSSI值进行提取并实现相关运算，最后得出被测点位置坐标，将位置显示在XY图中

实验结果表明WiFi用于室内定位中，可以将被测点的位置显示在LabVIEW上。但是结果存在误差。当被测点位置移动时，上位机中位置也会随之移动。

关键字：机器人；室内定位；RSSI定位；WiFi信号强度

Abstract

This paper mainly uses the WiFi in the environment and LabVIEW to locate the measured object indoors, And can show real-time location. The robot gets a list of WiFi in the room and get the distance from each signal point,then Select the appropriate positioning reference point.First According to the signal strength of WiFi in the environment, the distance from the measured point to the signal occurrence can be obtained. Finally the position of the measured point can be obtained by trilateral positioning method, then the positioning can be realized. In this experiment, Use the mobile phone hotspot as a reference point to detect the WiFi signal strength value using the ESP8266 WiFi module. The module transmits the obtained WiFi information to the upper computer LabVIEW through the serial port. The upper computer extracts the RSSI value in the WiFi information and implements the correlation operation, and finally obtains the position coordinates of the measured point,.Finally show the position in the XY map.

The experimental results show that WiFi is used for indoor positioning, and the position of the measured object can be displayed on LabVIEW in real time. But there is an error in the result. When the position of the measured point moves, the position in the upper computer will also move with it.

Keywords: robot; Indoor positioning; RSSI targeting; WiFi signal strength

目录

摘要 I

第1章 绪论 1

1.1选题的目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1国外现状 2

1.2.2 国内现状 2

1.3 研究内容与目标 2

1.4 章节安排 3

第2 章 方案设计 4

2.1 定位方法选择 4

2.2 定位方法介绍 5

2.3 定位参考点的选择 6

2.4 设计方案 6

第3章 整体设计 8

3.1 ESP8266模块介绍 8

3.1.1 esp8266引脚图 8

3.1.2 基本AT指令功能 9

3.1.3 AT指令测试 10

3.2 软件设计 11

3.2.1 串口配置 12

3.2.2 发送AT指令 12

3.2.3 延时与数据接收 13

3.2.4 串口信息接收与处理 13

3.2.5 数据同时化处理 14

3.2.6 RSSI信号强度与距离的转换 15

3.2.7 获取被测点位置 15

3.2.8 位置坐标显示 16

3.2.9 XY图背景图片的显示 16

第4章 实验测试 18

4.1 单WiFi下测试与分析 18

4.2 定位实验环境与信号点的位置安排 20

4.3 三点WiFi定位实验 22

总结 25

参考文献 26

致谢 27

第1章 绪论

1.1选题的目的及意义

现在的无线通信技术快速地发展，人们获取信息的需求日益增长，尤其是对获取所在位置的信息需求越来越强烈。在户外，以全球定位系统（简称GPS）为代表的无线定位系统具有诸多优势，并且被应用到各个领域中，日渐深入人们的生活。现在的大多数商业和社交生活都发生在室内，因此人们对室内定位的要求日益增大。但是在室内环境中，卫星信号的传播被墙壁等建筑物阻碍，导致信号接收变得很差，对定位精度产生很大影响达不到要求因卫星信号被建筑物阻挡，定位精度大大降低，无法满足室内定位精度要求，另外室内环境有形式多样、结构复杂等特点，加上很多干扰无法避免，使得利用无线网进行室内定位的精确度和稳定度无法同时顾及，因此急需要找到一种适合室内环境的定位系统来改善在室内环境下的定位精度。

如今，无线网在室内的安放已经很普遍，如学校的教学楼、商业圈等区域的热点密布，充分利用这些区域内广泛存在的网络。无线网的传输速率很快，安装方便，价格便宜，非常适合对处办公区、工业区进行定位。由此可看出室内定位技术是一个值得深入研究的一项技术，并将其应用在各种实际环境中。比如在环境复杂的室内（如某些地下停车场、工厂等）经常需要一些位置信息可以显示当前位置。因此，室内位系统的研究具有非常重要的现实意义。

• 1. 国内外研究现状

无线定位技术在最初的时候仅在车辆管理和紧急医疗等小区域内实现了应用。1996年，美国联邦通信委员会（Federal Communcatioon Commission,简称FCC）公布了定位标准，在该标准要求下，移动用户可以享受无线运营提供商提供的位置定位服务，从此在国际上掀起了无线定位技术的研究热潮，世界各国也都相继推出各自的商用的定位服务。在20世纪70年代美国研制了GPS，主要用于军事方面，进行情报收集与实时定位。GPS定位精度高、定位所需时间短，优势很大，因此被广泛运用，随后其他国家也推出了自己的卫星定位系统，如前苏联的全球卫星导航系统—格洛纳斯(Global Nabigation Snatelite System,简称GLONASS)、欧洲的伽利略卫定位系统（Galileo Satellite Navigation System）、中国的北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,简称BDS)等。这些卫星定位系统多用于室外环境，然而在室内环境下卫星信号的传播受到阻碍，导致定位精度达不到要求。目前、GLONASS、GPS已被广泛运用到苹果、三星等多款智能手机中，中国的BDS定位系统也在被广泛地推广应用。

1.2.1国外现状

国外在WiFi无线室内定位技术研究方面成果颇丰，2000年微软研宄院研制出RADAR定位系统，它利用接收信号强度指示值(Received Signal Strength Indication,简称RSSI)进行室内定位，通过检测移动设备周围无线接入点（Access Point,简称AP）的信号强度，与指纹数据库中的RSSI数据迸行比对。在定位计算时采用最近邻居匹配算法NN(Nearest Neighbors,简称NN)^[14-15]，该方法是选择与移动设备离最近的参考点作为其定位位置。芬兰的Ekahau公司使用实时定位技术专利，经研发后推出了Ekahau实时定位跟踪系统。该系统将当前移动设备接收到的信号强度（RSSI）与数据库中的指纹数据进行对比，以统计条件概率为定位参考的方法进行定位，能够在所有支持WiFi网络的移动终端上实现。

1.2.2 国内现状

在国内，对室内定位技术的研究相对国外来说不是很先进。不过近年来国内对其研究越来越深入，也取得了一些成就。国内很多公司也开发出了基于WiFi技术的室内实时定位系统，如苏州优频科技有限公司开发的—“优频WiFi实时定位系统”与海希华通讯科技公司的—基于无线网络WiFi的实吋定位系统，它们都已正常应用于工厂生产、智能仪器等各个领域。另外在定位算法方面国内也取得了一些瞩目的成果，如华东师范大学的董梅等人提出了“基于信号强度的经验与估计相融合”的无线定位方法；华中科技大学的黄河等人提出了“自适应室内RSSI估计算法”，提高了WiFi定位的精度。虽然室内无线定位的研究慢慢在室内无线定位的研究方面国内外都取得了一定的成就，但是由于WiFi网络的特点和室内环境的复杂不确定性，以及每种定位系统使用的定位算法都有优势与缺点，所以必须根据不同的定位环境与具体的应用相结合去设计综合性能优越的通用定位算法。因此，WiFi室内无线定位的研究还会越来越深入。

• 1. 研究内容与目标

该设计主要研究室内定位。当移动机器人或者移动设备在室内移动时，有时需要知道它们所在位置，可以使其在某个地方进行某项任务，或者对其行走路线进行导航。本次设计就是设计一个智能化的移动机器人室内定位系统，该系统以WiFi和虚拟仪器技术为核心。并具有如下功能：

1. 制作室内地图（单层建筑）自定义系统坐标；
2. 在室内布置WiFi接入点，采用移动设备采集信号；
3. 根据各接入点信号的强度确定接入点距离；
4. 根据算法计算移动设备在室内的位置；
5. 计算出的位置在PC机的地图上进行实时显示

当移动设备在所处的室内区域中移动时，可以利用环境中的WiFi信号强度（即RSSI值）得到自身位置坐标，并且将该位置在上位机的室内地图中显示出来。当移动设备移动位置时，上位机LabVIEW上的位置显示也会随之改变，实现实时定位^[1]。

• 1. 章节安排

本文第一章主要介绍基于WiFi室内定位的背景意义、研究现状，以及研究的内容和需要实现的效果。

第二章拟进行定位方法的选择以及设计方案。