隨著工廠企業(yè)規(guī)模生產(chǎn)規(guī)模不斷增加，動輒幾千畝的生產(chǎn)廠區(qū)對于安全生產(chǎn)的全程人員管理提出更高要求，尤其是電力、煉油化工企業(yè)屬于高溫、高壓、易燃、易爆、有毒的危險行業(yè)，加之具有生產(chǎn)裝置大型化、密集化、生產(chǎn)工藝復(fù)雜、生產(chǎn)過程緊密耦合等特點，與其他工業(yè)部門相比具有更大的危險性。

如何加強(qiáng)管控，及時定位工廠人員位置，降低危險事故發(fā)生的概率，一直是生產(chǎn)中的關(guān)鍵性問題。工業(yè)級技術(shù)的定位精度要求更高，要區(qū)分人群中的個人等，與專用標(biāo)簽和傳感器配套使用。

本文主要來介紹zigbee工業(yè)級定位方案。

TOF測距功能：

ZM5168 模塊具有硬件Time-of-Flight(ToF)引擎，該引擎具有測量兩個zigbee 節(jié)點間2.4GHz 信號傳輸時間的功能。通過測量節(jié)點間信號的傳輸時間，可推算出這兩個zigbee 節(jié)點的距離。在測量出zigbee 節(jié)點間的距離后可用于開發(fā)zigbee 節(jié)點定位等應(yīng)用系統(tǒng)。

兩個zigbee 節(jié)點間執(zhí)行ToF 的運(yùn)行機(jī)制為：本地節(jié)點發(fā)送一個ToF 報文給遠(yuǎn)端節(jié)點，遠(yuǎn)端節(jié)點對這個ToF 報文自動回復(fù)一個應(yīng)答，如圖 所示。

ToF運(yùn)行機(jī)制

本地節(jié)點測量從發(fā)送ToF 報文到接收到應(yīng)答的時間，這個總的時間為。同時遠(yuǎn)端節(jié)點會記錄回復(fù)ACK 所需要的時間。把總的時間減去遠(yuǎn)端節(jié)點回復(fù)ACK 所耗費(fèi)的時間，就是信號在兩節(jié)點間來回總的時間。假設(shè)信號在兩節(jié)點間來回的時間相等，則兩節(jié)點間的信號傳輸時間為來回總的時間的一半，如公式所示。

公式 1 ToF時間計算公式

因為ToF 測距是依靠測量本地和遠(yuǎn)端節(jié)點的信號傳輸時間的，他會受到兩個節(jié)點的時鐘頻率誤差影響，為了減少這個影響，需要進(jìn)行反向測量，即由遠(yuǎn)端節(jié)點發(fā)送ToF 報文，本地節(jié)點回復(fù)應(yīng)答，然后把正向測量和反向測量的結(jié)果求平均，就能消除這個頻率誤差影響。ZM5168 的ToF 測距命令提供正向和反向測距的功能。

測試示例：(CMD 為命令，RSP 為應(yīng)答)

CMD：DE DF EF E1 20 01 00 08 AA

RSP： DE DF EF E1 20 01 00 07 00 01 54 28 2D FB 2D E6 00 01 42 50 2D FF 2E FA 00 01 36 7E 2D F2 2D F9 00 01 36 9E 2D E7 2D EE 00 01 4D 6B 2D F4 2E EC 00 01 3E E4 2D F5 2E F3 00 01 44 E6 2D EC 2D EF 00

命令需要正向測距8 次，返回的應(yīng)答有7 次是測距成功，返回的測距數(shù)據(jù)如所示。

把測出的ToF 時間乘以0.03 得到兩節(jié)點的距離，單位是厘米。

表 1 示例測試數(shù)據(jù)

致遠(yuǎn)電子zigbee無線定位方案