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通往无线的桥梁 无线世界的先锋
C51RF-CC2431
无线实时定位系统
使
用
说
明
书
V2.10
成都无线龙通讯科技有限公司
2008 年 10 月
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通往无线的桥梁 无线世界的先锋
目 录
无线定位概述...................................................................................................................................4
第 1 章 C51RF-3 系统介绍.............................................................................................................8
1.1C51RF-CC2431 硬件配置...................................................................................................9
1.1. 1 外观.......................................................................................................................10
1.1.2 硬件资源特性........................................................................................................11
1.1.3 光盘介绍................................................................................................................12
1.2 多功能网络液晶扩展板详解..........................................................................................12
1.2.1 跳线及其接口说明...............................................................................................13
1.2.2 电源电路...............................................................................................................13
1.2.3 无线龙模块接口介绍...........................................................................................14
1.2.4 复位电路...............................................................................................................14
1.2.5 JTAG 接口 .............................................................................................................15
1.2.6 键盘电路...............................................................................................................15
1.2.7 液晶电路...............................................................................................................16
1.2.8 串口电路...............................................................................................................17
1.2.9 USB 转串口电路...................................................................................................18
1.2.10 传感器电路.........................................................................................................18
1.3 电池板...............................................................................................................................19
第 2 章 开发系统使用说明...........................................................................................................19
2.1 开发板连接设置..............................................................................................................19
2.2 开发软件安装..................................................................................................................20
2.2.1 IAR 软件安装图解................................................................................................21
2.3 辅助软件安装..................................................................................................................25
2.3.1 协议分析仪安装....................................................................................................25
2.3.2Flash 下载软件安装界面 .......................................................................................26
2.3.3 高频配置软件.......................................................................................................27
2.4 驱动程序安装..................................................................................................................28
2.4.1 仿真器驱动程序安装图解...................................................................................28
2.4.2 USB 转串口驱动安装...........................................................................................32
2.5 开发软件 IAR 使用方法.................................................................................................33
2.5.1 新建一个工程
.......................................................................................................33
2.5.2 参数设置...............................................................................................................37
2.5.3 第一个项目............................................................................................................43
2.5.4 建立自己的模块设备...........................................................................................50
2.5.5 使用自己的模块...................................................................................................52
第 3 章 硬件测试...........................................................................................................................53
3.1 硬件连接说明..................................................................................................................53
3.2 仿真器和模块测试..........................................................................................................54
3.3 综合测试..........................................................................................................................55
第 4 章 软件测试...........................................................................................................................59
4.1 Zigbee2006 测试...............................................................................................................59
4.1.1 协议栈介绍...........................................................................................................60
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4.1.2 协议栈的构架........................................................................................................60
4.1.3 网络中的设备.......................................................................................................61
4.1.4 ZigBee2006 演示代码简介 ...................................................................................64
4.1.5 ZigBee 2006 演示代码——协调器设备 ..............................................................64
4.1.6 ZigBee2006 演示代码——路由器设备、终端设备 ...........................................68
4.1.7 星状网络的设定...................................................................................................69
4.1.8 网状网络的设定...................................................................................................74
第 5 章 Z-Stack1.4.3-1.2.1 协议栈实验例程表演说明 ................................................................75
5.2.1 SampleApp 实验说明：........................................................................................75
5.2.2 GenericApp 实验说明： .......................................................................................75
5.2.3 HomeAutomation 实验说明：..............................................................................76
5.2.4 SerialApp 实验说明：...........................................................................................76
5.2.5 Transmit 实验说明：.............................................................................................77
5.2.6 SimpleApp 实验说明：.........................................................................................77
5.2.7 Location 实验 ........................................................................................................78
第 6 章 ZigBee 无线实时定位实验..............................................................................................79
6.1.下载程序至各节点步骤：...............................................................................................79
6.1.1 初始化物理地址....................................................................................................79
6.1.2 正确选择对应程序下载至不同节点....................................................................80
6.1.3 为每个不同点节分配物理地址。........................................................................80
6.2.各节点形成.......................................................................................................................80
6.2.1 网关部分（COORD）..........................................................................................80
6.2.2 参考节点部分（ROU） .......................................................................................82
6.2.3 移动节点(也称定位节点)部分 (ROU)................................................................84
6.3.联机调试...........................................................................................................................84
6.3.1 系统硬件连接........................................................................................................84
6.3.2 监控软件设置.......................................................................................................86
6.3.3 绘制监控区域地图................................................................................................87
6.3.4 参考节点安装........................................................................................................89
6.3.5 移动节点(也称定位节点) ....................................................................................90
6.3.6 调试........................................................................................................................92
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0、无线定位概述
地理定位、方位定位和无线定位这些名词今天被广泛地用来描述确定一个移动台(MS、
也称定位节点)所在位置的能力。位置一般包含了和 MS 有关的坐标，坐标可以是二维或三
维的，通常包含了与 MS 所在位置的经度和纬度的有关信息。
无线定位技术最初是为了满足远程航海的导航等要求而产生的。全球定位系统 GPS 的
出现使得无线定位技术产生了质的飞跃，定位精度得到大幅度提高，精度可达 10 米以内。
国外对于无线定位在移动通信中的应用也有所要求，例如，美国联邦通信委员会（FCC）
强制要求所有无线业务提供商，在移动用户发出紧急呼叫时，必须向公共安全服务系统提供
用户的位置信息和终端号码，以便对用户实施紧急救援工作。
全球三大通信厂商:爱立信、摩托罗拉和诺基亚于 2000 年 10 月成立了"位置信息互操作
论坛 LIF（Location Interoperability Forum）"，其目标是在全球范围内的无线网络和终端上
提供基于位置的服务 LBS(Location Based Service)。欧洲电信标准化协会 ETSI 对 GSM 系统
的无线定位也提出了一系列标准。GPS 已经成为室内环境中一项非常成功的定位技术，而
现今 GPS 与无线网络融合起来形成的 LBS 热，使得移动定位服务产业作为最具有潜力的移
动增值业务而迅速发展。
无线定位系统的功能性体系结构必须具备两个功能单元：1)移动台(MS、也称定位节点)
的位置估计，2)和网络共享某些属性的此位置估计信息。
定位系统测量来自移动终端的无线电波的有关参数，同时系统测量某些固定接收器或者
某些固定发送器发送到移动接收器的无线电波参数。因此有两种办法可以获得对 MS 的实际
位置信息的估计：
①自我定位系统，即常被称为基于移动终端为中心的定位系统，MS 通过测量自己相对
某个已知位置发送器的距离或者方向来确定自己的位置(例如 GPS 接收器)。
②远距离定位系统，即常被叫做基于网络的定位系统，它采用很多地理定位基站
(GBS)
一起来确定 MS 位置，可以通过分析接收信号的强度、信号相位以及到达时间等属性来确定
MS 的距离，至于 MS 的方向则可以通过接收信号的到达角来获得，最终系统根据每个接收
器测量到的移动终端的距离或者方向来联合计算移动终端的位置。
无线定位技术是通过对接收到的无线电波的一些参数进行测量，根据特定的算法以判断
出被测物体的位置，测量参数一般包括传输时间、幅度、相位和到达角等。而定位精度取决
于测量的方法。蜂窝移动通信系统中的定位技术主要有：基于终端的定位技术和基于网络的
定位技术。
基于终端的定位技术主要指移动终端计算出自己所处的位置，即自我/个人手机定位技
术。这种技术主要有 GPS、辅助 GPS（Assisted GPS）和增强型观察时间差 E－OTD（Enhanced
Observed Time Difference）等几种方法。
GPS：全球卫星定位系统 GPS 是 70 年代初美国出于军事目的开发的卫星导航定位系统，
主要是利用几颗卫星的测量数据计算一个移动用户的位置，即经度、纬度和高度。原始数据
可以由终端处理，也可以送到网络侧处理。一般用于车辆导航和手持设备。GPS 通过四个
卫星定位,并采用基于到达时间（TOA）的机理。
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基于网络的定位技术是指网络根据测量数据计算出移动终端所处的位置。这种技术主要
有 CGI－TA、基于方向的定位技术（信号到达角 AOA）、基于距离的定位技术（上行到达
时间 UL－TOA 和到达时间差 TDOA）和基于指纹的定位技术等几种。
基于距离的定位技术：MS 和接收器之间的距离的估计可以通过接收信号强度、UL－
TOA 以及 TDOA 技术获得。TOA 定位方法与 E－OTD 较为类似，差别在于 UL－TOA 由基
站测量终端数据的到达时间。
该方法要求至少有三个基站(BS)参与测量，如果基站接收器与移动台之间的距离估计值
为 di，移动台可以被定位在以接收器为中心，半径为 di 的圆上。每个基站增加一个位置测
量单元 LMU，LMU 测量终端发送的接入突发脉冲或常规突发脉冲的到达时刻，LMU 可以
和 BS 结合在一起，也可分开放置。由于每个 BS 的地理位置是已知的，因此可以利用球面
三角算出 MS 位置。TDOA 测量的是移动用户发射信号到达不同 BS 之间的传输时间差，而
不是传输时间。UL－TOA 定位方法需要 MS 和参与定位的 BS 相互之间精确同步，而 TDOA
则不需要。具体主要采用以下三种方法来实现：
① TOA 方法：利用发射的信号在空气传播速度来确定发送器和接收器之间的距离。这
就是目前 GPS 接收器中所采用的稍做修改的 TOA 技术，当一个 GBS 检测一个信号时可以
确定其绝对的 TOA。如果同时知道 MS 发射信号的时间，则这两个信号的时间差可以用来
估计信号从 MS 到 GBS 经历的时间。确定移动台的位置需要三次不同的测量。TOA 技术可
以提供以移动台为中心的圆，或者以固定收发机为中心的圆。
② 信号强度方法：如果 MS 发射的功率是已知的，则在 GBS 处测量 RSS 值可以根据
已知的数学模型提供发送器和接收器之间距离估计，这样的数学模型描述了无线信号与距离
有关的路径损耗特性。但由于存在多径损耗，并且阴影衰落效应对此模型将造成较大的标准
偏差。
③ 接收信号相位方法：收到信号的相位也可以用来作为定位参数，通过用辅助的参考
接收器测量载波的相位，差分 GPS（DGPS）与标准的 GPS 相比，可以把定位精确度从 20
米提高到 1 米。但信号相位的周期特性会导致相位模糊，而在 DGPS 里模糊的载波相位测
量被用来对范围测量进行细调。可以采用相位方法并结 TOA/TDOA 或者 RSS 方法来细调位
置估计，同样多径效应导致相位测量时产生较大误差。
无线通信技术的成熟和发展，带动了新兴无线业务的出现，越来越多的应用都需要自动
定位服务。为解决自动定位的问题，基于卫星通信的全球定位系统（GPS）出现了，其良好
的定位精度解决了很多军事和民用的实际问题。
但是，当需要定位的物体位于建筑物内部，如办公大楼、仓库、矿道内，其定位精度就
明显下降了甚至无法进行工作。因此，必须研究新的室内定位技术以弥补 GPS 的不足。目
前，常见的技术有红外技术、IEEE 802.11 技术、超声波技术、以 ZigBee/IEEE802.15.4 为代
表无线网络技术和 RFID 技术。
红外技术：Olivetti 研究室（现在为 AT&T Cambridge 研究室）研制的基于红外技术的
有源标签可以用于室内物体的定位，但是它要求物体必须和红外线阅读器必须成一条直线，
且定位距离太近，因而限制了其继续发展。
IEEE 802.11：基于无线局域网的定位系统，在一定的区域内安装适量的无线基站，根
据这些基站获得的待定位物体发送的信息（时间和强度），并结合基站所组成的拓扑结构，
