智慧楼宇篇 1 —— 室内定位技术（一） - RFID室内定位技术

RFID室内定位技术

1  引言

本文探讨室内定位技术中的一种：RFID室内定位技术，并在定位技术系列最后对各种定位技术进行总结，敬请关注微信公众号“智物客”后续文章。

2  概述

本文将对可远距离自动识别的433MHz、800/900MHz、2.45GHz技术手段进行讨论，至于125KHz、13.56MHz的低频、高频，由于读取距离较近，不适合做室内定位应用。

3  RFID室内定位功能

在未谈到系统组成之前，先谈功能的原因是各种室内定位无非都是差不多的应用功能：

（1）人员管理

人员信息和电子标签号码一一对应，信息存入系统，提供方便快捷的管理和维护界面。

（2）实时定位

实时显示人员位置信息，并保持人员位置信息记录，以供查看。

（3）地图显示

以地图形式显示不同区域的格局，显示当前人员位置信息，并可查询统计信息。

（4）历史轨迹

能根据人员或物体佩戴的电子标签查询历史轨迹。

（5）按键报警

当遇到特殊、紧急情况时，当人员可按下电子标签的报警按键，系统发出警报并提示报警人员的身份信息和位置信息。

（6）电子围栏

能划分不同的区域，区域可设置禁区报警条件，当人员进入或者越出区域边界时自动报警。

（7）记录查询、统计及报表

可查询人员位置、报警情况、处理情况等历史记录及统计信息，具备报表导出功能。

（8）大数据分析

用户驻停数据、用户兴趣数据、用户行为分析等，提供商业价值。

4  RFID定位方案和系统组成

4.1 433M + 125K 方案

（1）系统结构图

（2）主要设备组成

标签。可封装成多种形态，如人员挂牌、物品标签、腕带等。

125KHz激励器。激励距离近5米。

433MHz阅读器及配套天线。一个阅读器可以接多个天线，多用于分体式，即天线通过馈线连接到阅读器。

433MHz发卡器。射频模块均可读写，用于大范围空间的读取，就主要用其读取功能，因此做成阅读器；当需要对单一标签制卡时，则做成小型化的发卡器（制卡器），将模块、天线小型化，限制其读写距离，一般做成桌面式一体化，即读写模块和配套天线集成到一个单体设备内，并放在工作桌上使用。

工作台和服务器。上层应用。

（3）工作原理

一、每个人员、物件配发1张电子标签，实现一物一卡一码。

二、在每个房间出入口处安装激发器，在出入口内外两侧各安装一根激发天线。当携带有电子标签的人员、物件处于125KHz激发天线的激发区时，电子标签被唤醒并对外发送433MHz无线射频信号。

三、阅读器接收到电子标签信号(信号数据包含电子标签ID、激发天线ID、激发信号强度、电池低电指示等)并将信息传送给上层应用系统。

四、上层应用系统分析采集的数据，模糊定位时，可依据激发器位置，定位到标签处于激发器附近，如需更为精确的定位，可采用三点定位算法。前者精度在10M左右，后期精度约3、5米。

4.2 2.45G + 125K 方案

该方案与上述433M + 125K 方案雷同，放一起比较的原因是因为两者都是有源标签，做成双频卡（多集成了一个125KHz频段标签），一是为了节约标签电池用量，二是定位方式改为定位到激发器位置附件。如果使用单一频段，一则标签会一直对外发送信号，二是通过阅读器位置定位。

 

433MHz和2.45GHz有以下区别和联系：

授权方式。我们国家的免申请段发射接收频率,可直接使用。

特点。目前的2.4G设备信号传输距离短，传输过程衰减大，信号穿透、绕射能力弱，信号易被物体遮挡。433M信号强，传输距离长，穿透、绕射能力强，传输过程衰减较小。

传输速率。2.4G数据传输速率较高（250kbps）、433M速率较低（100kbps）。一个射频卡一般1~5秒才发送一次数据，每次也只需要发送几个字节。每次发送数据所需时间约1ms左右。其他时间射频卡均处于休眠状态以减少电池消耗。由此可见，射频卡发送数据只使用了全部带宽的几千分之一，再高的传输速率完全是浪费。也就是说，对于室内定位应用433MHz和2.4GHz的传输速度都是绰绰有余。

2.4G射频卡对其他设备的干扰。由于2.4GHz频段在国际上和国内都是无需许可证的开放频段，因此在此频段开发了许多应用，这一频段已十分拥挤。目前在2.4GHz频段上开发的应用主要有：无线局域网、蓝牙、ZigBee无线传感器网络、部分无绳电话以及其他一些短距离无线通讯设备等。

读取距离。两者理想情况下，空旷地带最大读取距离可达200米左右。两者在室内都会因遮挡、干扰等因素，读取距离减小。

4.3 800M/900MHz 方案

800M/900MHz标签为无源电子标签，无需安装电池，使用寿命为10年、10万次擦写。

（1）系统结构图

（2）主要设备组成

标签。可封装成多种形态，如人员挂牌、物品标签、腕带等。

800/900MHz阅读器及配套天线。一个阅读器可以接多个天线，多用于分体式，即天线通过馈线连接到阅读器。

800/900MHz发卡器。800/900MHz射频模块也是具备读、写功能，用于大范围空间的读取，就主要用其读取功能，因此做成阅读器；当需要对单一标签制卡时，则做成小型化的发卡器（制卡器），将模块、天线小型化，限制其读写距离，一般做成桌面式一体化，即读写模块和配套天线集成到一个单体设备内，并放在工作桌上使用。

工作台和服务器。上层应用。

（3）工作原理

一、每个人员、物件配发1张电子标签，实现一物一卡一码。

二、工作台上层应用系统控制阅读器盘寻其附近可被读取到的标签，并将标签ID号、设备ID（或设备网络IP）发给上层应用系统。

三、上层应用系统分析采集的数据，模糊定位时，可依据配置好的设备位置，定位到标签处于某一阅读器附近，如需更为精确的定位，可采用三点定位算法。前者精度在10M左右，后期精度约3、5米。

四、由于800/900MHz读取距离一般为几米，因此采用需要部署的读取点则按需增多。

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