如何通过“飞行时间”进行人员测距与定位？铬铁

人类为了不让自己迷失在茫茫大自然中，发明罗盘、指南针、卫星等工具，解决了“我在哪里”的问题；随着大型工厂或矿下人员安全要求提高，还需解决“你在哪里”的人员定位问题。

工厂企业规模生产规模不断增加，动辄几千亩的生产厂区对于安全生产的全程人员管理提出更高要求，尤其是电力、炼油化工企业属于高温、高压、易燃、易爆、有毒的危险行业，加之具有生产装置大型化、密集化、生产工艺复杂、生产过程紧密耦合等特点，与其他工业部门相比具有更大的危险性。

图1大型工厂由于设备特点、行业特殊性等定位搜救困难

如何加强管控，及时定位工厂人员位置，降低危险事故发生的概率，一直是生产中的关键性问题。工业级技术的定位精度要求更高，要区分人群中的个人等，与专用标签和传感器配套使用。

图2不同类型的电子标签与基站

今天我们这里来了解下zigbee工业级定位方案。

图3多种定位方案精度及开发难度二维图

?TOF测距功能：

ZM5168模块具有硬件Time-of-Flight（ToF）引擎，该引擎具有测量两个zigbee节点间2.4GHz信号传输时间的功能。通过测量节点间信号的传输时间，可推算出这两个zigbee装饰材料节点的距离。在测量出zigbee节点间的距离后可用于开发zigbee节点定位等应用系统。

两个zigbee节点间执行ToF的运行机制为：本地节点发送一个ToF报文给远端节点，远端节点对这个ToF报文自动回复一个应答，如图4所示。

图4ToF运行机制

本地节点测量从发送ToF报文到接收到应答的时间，这个总的时间为。同时远端节点会记缠绕机录回复ACK所需要的时间。把总的时间减去远端节点回复ACK所耗费的时间，就是信号在两节点间来回总的时间。假设信号在两节点间来回的时间相等，则两节点间的信号传输时间为来回总的时间的一半，如公式所示。

公式1ToF时间计算公式

因为ToF测距是依靠测量本地和远端节点的信号传输时间的，他会受到两个节点的时钟频率误差影响，为了减少这个影响，需要进行反向测量，即由远端节点发送ToF报文，本地节点回复应答，然后把正向测量和反向测量的结果求平均，就能消除这个频率误差影响。ZM5168的ToF测距命令提供正向和反向测距的功能。

?测试示例：（CMD为命令，RSP为应答）

CMD：DEDFEFE120010008AA

RSP：DEDFEFE120010007000154282DFB2DE6000142502DFF2EFA0001367E2DF22DF90001369E2DE72DEE00014D6B2DF42EEC00013EE42DF52EF3000144E62DEC2DEF00

命令需要正向测距8次，返回的应答有7次是测距成功，返回的测距数据如所示。

把测出的ToF时间乘以0.03得到两节点的距离，单位是厘米。

图5致远电子zigbee无线定位方案

zigbee的传输速率低，发射功率仅为1mW左右，而且接纳了休眠模式，功耗低，因此zigbee配置非常省电。另外一个星型布局的zigbee网络在轮询机制下，理论上节点容量高达65535个，而且网络组网灵活机动。目前zigbee无线定位方案广泛应用于矿下人员定位、工厂人员定位以及隧道人员定位等应用现场。