ATGM336H+ESP01S的室內(nèi)定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

廣東海洋大學(xué)寸金學(xué)院 舒秀蘭 鄭旭彬 李澤森 馬昌運(yùn) 劉 詩(shī)

隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展，位置信息服務(wù)的需求越來(lái)越被重視。針對(duì)當(dāng)前GPS在室內(nèi)定位過(guò)程中容易受到周?chē)h(huán)境的影響，導(dǎo)致定位精度低的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于ATGM336H模塊與EPS01S模塊相結(jié)合的室內(nèi)定位系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本設(shè)計(jì)在提高室內(nèi)定位精準(zhǔn)度，降低成本方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

圖2 GPS定位流程

如今的GPS室外定位技術(shù)已經(jīng)足夠成熟，并且被廣泛運(yùn)用于我們的生活當(dāng)中，通過(guò)GPS進(jìn)行室外定位其優(yōu)點(diǎn)在于能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離的實(shí)時(shí)定位，定位精度高，速度快。但當(dāng)從室外進(jìn)入室內(nèi)建筑時(shí)，GPS信號(hào)會(huì)受到墻體的阻隔或周?chē)h(huán)境的影響，最終造成定位精度急劇下降。

目前，在大多數(shù)室內(nèi)環(huán)境中都會(huì)配備有Wi-Fi，通過(guò)Wi-Fi進(jìn)行室內(nèi)定位，可以對(duì)物體進(jìn)行追蹤，實(shí)時(shí)獲取個(gè)人位置信息。因此，本設(shè)計(jì)在ATGM336H模塊的GPS室外定位基礎(chǔ)上，通過(guò)EPS01S模塊的Wi-Fi室內(nèi)定位加以輔助，提高Wi-Fi在室內(nèi)定位的精準(zhǔn)度，減少周?chē)h(huán)境對(duì)室內(nèi)定位的影響。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要是通過(guò)ATGM336H模塊進(jìn)行GPS室外定位，搭建基于ESP01S模塊的Wi-Fi功能，將該模塊作為一個(gè)Wi-Fi熱點(diǎn)使用，通過(guò)Wi-Fi組網(wǎng)建立一個(gè)soft AP模塊和多個(gè)station模塊建立起連接關(guān)系，其中PC端和手機(jī)APP也是其中一個(gè)模塊，利用Wi-Fi模塊作為熱點(diǎn)，通過(guò)云服務(wù)器將客戶(hù)端與服務(wù)端進(jìn)行連接。利用STM32F103最小系統(tǒng)與Wi-Fi模塊進(jìn)行連接，完成初步的數(shù)據(jù)收發(fā)，將數(shù)據(jù)上傳到云服務(wù)器，將數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶(hù)端，通過(guò)手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)室內(nèi)近距離的定位，提高室內(nèi)定位的精準(zhǔn)度，用戶(hù)也可以通過(guò)手機(jī)查看到所處位置的位置信息。如圖1所示。

2 室內(nèi)外定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)

借助GPS的室外定位和Wi-Fi室內(nèi)定位技術(shù)，可以得到用戶(hù)或物體在某時(shí)刻的位置所在，同時(shí)將室內(nèi)外定位技術(shù)相結(jié)合，可以降低障礙物對(duì)用戶(hù)或物體定位的影響，減小在傳輸數(shù)據(jù)過(guò)程中的傳輸損耗，更快更精準(zhǔn)的得到用戶(hù)或物體的位置。

2.1 GPS室外定位實(shí)現(xiàn)

目前，GPS定位技術(shù)已經(jīng)足夠成熟，能夠滿(mǎn)足大部分人在室外對(duì)位置服務(wù)的要求，其定位精度高，覆蓋面積廣，通過(guò)衛(wèi)星的星歷數(shù)據(jù)計(jì)算四顆衛(wèi)星的坐標(biāo)從而確定GPS接收設(shè)備的位置。將ATGM336H模塊設(shè)置為GPS定位模式，通過(guò)GPS定位采集到的位置信息通過(guò)處理器，可以在PC端或手機(jī)上顯示用戶(hù)位置。如圖2所示。

但是僅僅通過(guò)GPS進(jìn)行室內(nèi)定位容易受到周?chē)h(huán)境或障礙物的影響，導(dǎo)致傳輸信號(hào)的衰減，定位精度下降。

2.2 Wi-Fi室內(nèi)定位實(shí)現(xiàn)

近幾年來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，獲取位置信息的相關(guān)技術(shù)正逐漸從室外到室內(nèi)，被應(yīng)用最廣泛的就是通過(guò)Wi-Fi進(jìn)行室內(nèi)的定位。用戶(hù)可以通過(guò)手機(jī)開(kāi)啟Wi-Fi，成為數(shù)據(jù)源，連接附近的Wi-Fi熱點(diǎn)，根據(jù)熱點(diǎn)信號(hào)的強(qiáng)弱，快速獲取有效的室內(nèi)相對(duì)位置信息。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建

該系統(tǒng)是以ARM Cortex-M3為微處理器，在MDK5的環(huán)境上進(jìn)行搭建的，通過(guò)該開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行程序的運(yùn)行、編譯和下載，并且在該環(huán)境下將以STM32F103為核心的最小系統(tǒng)，通過(guò)Wi-Fi模塊連上熱點(diǎn)與移動(dòng)云進(jìn)行互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)指令下達(dá)與數(shù)據(jù)收發(fā)。利用云端，用戶(hù)可以發(fā)送數(shù)據(jù)到服務(wù)器，定位模塊作出響應(yīng)后，在手機(jī)上可以實(shí)時(shí)獲取用戶(hù)在室內(nèi)的位置信息。

3.2 GPS模塊配置

將ATGM336H模塊采用GPS定位的方式進(jìn)行室外定位，可以同時(shí)獲取時(shí)間和經(jīng)緯度信息，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換得到用戶(hù)位置信息，其配置功能如以下程序所示：

3.3 Wi-Fi模塊配置

在GPS模塊配置完成后，對(duì)Wi-Fi模塊進(jìn)行程序設(shè)置。Wi-Fi無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)由接入點(diǎn)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡組成，在開(kāi)闊地域通訊距離可達(dá)到150m，在封閉地域也能達(dá)到80m。Wi-Fi模塊要與移動(dòng)云互聯(lián)，需要先配置模式，采取TCP協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，同時(shí)與STM32F103核心板以及ATGM336H模塊進(jìn)行通信。ESP8266-01S設(shè)置為station模式作為熱點(diǎn)，借助MQTT協(xié)議連接移動(dòng)云與手機(jī)端、PC端組成局域網(wǎng)，完成服務(wù)端與用戶(hù)端的數(shù)據(jù)收發(fā)，獲取位置信息，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)室內(nèi)定位。

結(jié)語(yǔ)：在MDK5環(huán)境的開(kāi)發(fā)平臺(tái)上，通過(guò)串口的通信，將ATGM336H模塊與Wi-Fi模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)，通過(guò)將GPS模塊的室外定位與Wi-Fi模塊的室內(nèi)定位進(jìn)行互通互聯(lián)，降低室內(nèi)障礙物對(duì)定位精度的影響，方便人們的生活。