基于物联网技术的图书检索导航系统研究

摘要

图书馆内的图书是根据图书分类号进行编号和整理的，读者在借阅图书时需在计算机上检索图书编号，再借助图书馆平面布局图到达指定馆藏室查询书架上图书的编号范围，最后将查找的目标锁定在某个书架上。这种图书借阅服务缺乏直观性，使得读者借阅图书时耗时较多，特别是对于不熟悉图书馆平面布局的读者和规模较大的图书馆而言，这种问题更为突出。本文设计了一种图书检索导航系统，将ZigBee室内定位技术应用在图书馆内，以目标图书所在书架作为定位目标，根据室内的ZigBee无线传感网络对读者实时位置定位，最终在手持终端上显示书架和读者位置以及导航路径。图书检索导航系统相比传统的图书馆提供的图书借阅服务更加便捷直观，能减少借阅图书时的耗时。本文的主要工作可总结如下：
　　(1)ZigBee技术研究及定位算法改进。分析比较几种无线定位技术优缺点，确定以ZigBee技术为依托构建图书馆室内无线传感网络。构建无线传感网络时，在图书馆各个书架上放置ZigBee无线传感器作为参考节点，读者使用的手持终端连接带定位引擎的传感器作为盲节点。研究了几种常用的定位算法，并在加权质心算法的基础上提出了一种改进算法，改进的算法更加方便、实时性较强。通过Matlab对质心算法、PDR-WCL加权质心算法以及改进的算法进行了比较，实验结果表明改进的算法定位精度更高，定位误差在1米左右。
　　(2)无线传感器节点的软硬件设计。在构建的ZigBee无线传感网络中传感器节点包括参考节点、协调器以及盲节点，参考节点和协调器使用的芯片为CC2430，盲节点使用带有定位引擎的CC2431芯片。硬件方面分别设计了各节点的模块电路，如电源电路、串口电路、天线电路等，完成了各节点的PCB板设计。软件方面实现了节点与节点之间的无线通信以及节点的串口通信。
　　(3)上位机及其与协调器串口通信设计。在VB环境下对上位机的主窗体、参考节点窗体、盲节点窗体以及地图窗体进行了设计，实现了在上位机上配置参考节点和盲节点的数据等功能。建立了上位机与协调器之间的串口通信，并将各节点配置数据发送给协调器，再由协调器无线发送至各参考节点和盲节点。在调试上位机与协调器串口通信时，将协调器与ARM7开发板连接，并通过串口助手观察到接收的数据与盲节点实际坐标一致，验证了上位机能正常工作以及上位机与协调器串口通信正常。
　　(4)嵌入式手持终端的软硬件设计。硬件方面以STM32F103RCT6作为手持终端处理器芯片，搭载2.8寸TFT触摸屏用于输入和显示，由于手持终端作为盲节点使用，建立了其与带定位引擎的ZigBee传感节点之间的串口连接。软件方面设计了虚拟键盘，在触摸屏上可以输入目标书架号，实现了手持终端与盲节点之间的串口通信以及显示目标书架坐标及读者实时坐标，继而根据两个坐标和电子地图实现路径规划。
　　本文将ZigBee定位技术与嵌入式紧密结合起来构建了一套图书检索导航系统，不仅可以解决图书馆室内定位系统，而且能为未来的智慧图书馆的建设提供一种模型。

目录

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中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 研究目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及论文章节安排

2 系统方案设计

2.1 系统需求分析

2.2 方案设计

2.3 本章小结

3 定位算法研究

3.1 无线传感网络概述

3.2 基于测距的定位算法分析

3.3 无需测距的定位算法分析

3.4 改进加权质心定位算法研究

3.5 本章小结

4 传感器节点设计

4.1 节点硬件设计

4.2 节点软件设计

4.3 本章小结

5 上位机与无线传感网络通信设计

5.1 上位机设计

5.2 上位机与协调器串口通信设计

5.3 运行调试及分析

5.4 本章小结

6 手持终端设计

6.1 手持终端功能分析

6.2 手持终端硬件设计

6.3 手持终端软件设计

6.4 路径规划

6.5 手持终端调试与分析

6.6 本章小结

7 工作总结

7.1 工作总结

7.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录

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