穿戴式无线定位腕带的设计与实现

摘要

近几年针对日益突出的安防监管问题，某些涉及到人身财产安全或信息安全的行业对人员的安全监管和实时追踪的需求越来越强烈，所以穿戴式监控设备为安防监管系统提出了一种新的解决方案。
　　本文针对现阶段安防监管的实际需求，设计并实现了一种穿戴式无线定位腕带，并将其运用到现有的安防监管系统中。该系统主要包括人员信息采集子系统和无线数据传输子系统，将这两个系统的终端设备组合设计成腕带的形式佩戴在受控人员的手腕上，同时结合基于RSSI测距的定位算法，在安防监管系统内显示出受控人员的身份信息和实时位移坐标，以建立更加完善的安防监管机制。论文主要研究内容包括：
　　(1)在分析了现有穿戴式监控设备的基础上，设计并实现了人员信息采集子系统。其中包括电子门禁信息标签、防脱摘电子腕带和生理心率检测等三个部分的硬件设计和相应的采集检测方案。所设计的信息采集模块能够进行独立数据的处理、计算，能够自动完成对人员的识别和监管。针对受控人员有可能会对信息采集模块进行脱摘、破坏等异常情况，设计出相应的预警方案。
　　(2)通过无线传感器网络，设计出了基于ZigBee的无线发送装置，包括外围电路、射频电路等。软件实现方面，选择合适的拓扑结构、网络协议、发送数据帧格式和内容。针对异常情况，建立异常情况表。将无线发送装置与信息采集模块集成为穿戴式无线定位腕带，保障采集到的信息能够传输到安防监管系统内。
　　(3)针对安防监管区域内的环境，改进了一种基于接收信号强度的定位算法。优化基于接收信号强度的测距模型和改进了基于三边质心定位算法。通过接收到的信号强度值计算出受控人员所在区域内的坐标，使安防监管系统更加快速、准确地追踪到受控人员的位置信息，并在安防监管系统界面中显示出来。
　　实验结果表明，本文所提出及设计出来的穿戴式无线定位腕带能够在区域内有效地监管受控人员的身份信息并对受控人员进行实时定位追踪。针对可能出现的异常事件可以及时发送报警信息，漏报率低，达到区域安防监管的设计目标。

目录

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1课题背景、目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容

1.4论文组织

2 总体设计方案

2.1需求分析

2.2总体方案设计

2.3穿戴式无线定位腕带设计

2.4本章小结

3 人员信息采集子系统

3.1基于电子标签的人员信息采集

3.2基于RH6030的电子防脱摘腕带

3.3基于WT58xx的生理心率检测模块

3.4本章小结

4 无线数据传输子系统

4.1网络拓扑结构

4.2监控系统网络体系结构

4.3 SimpliciTI协议简介

4.4无线通信终端设计

4.5软件设计

4.6本章小结

5 基于RSSI测距定位算法与改进

5.1基于RSSI测距算法及参数模型优化

5.2基于RSSI的三边测量定位算法及改进

5.3优化定位算法的整体流程

5.4实验结果及分析

5.5 本章小结

6 系统测试及结果分析

6.1心率检测实验

6.2远程安防监管系统

6.3本章小结

7 总结与展望

7.1总结

7.2展望

致谢

参考文献

附 录Ⅰ 心率检测实验数据表

附 录Ⅱ 攻读学位期间发表的论文、专利