它以Atmega1280低功耗MCU為主控芯片，提供數據存儲、處理、傳輸功能。精確定位射頻主控芯片采用nanotron公司的NA5TR1，該芯片內置射頻發送模塊和基於飛行時間的TOF測距算法。射頻放大電路采用高增益2.4 G射頻放大芯片uPG2250T5N。擴展接口部分外接RS 485轉接板，把TTL數據轉換為標準的RS 485數據，並檢測本安電源AC是否斷電；RS 485部分使用LTM2881IY實現，本安電源AC檢測功能通過主控芯片IO口檢測由本安電源輸出的AC狀態腳來實現。
2.3 機車定位儀和人員標識卡設計
包括電源模塊、ZigBee射頻電路、天線模塊、聲光指示模塊。其中，機車定位儀由12～24 V電源供電，人員標識卡由鋰電池供電；聲光指示模塊用於告警和顯示報文數據[4]。
3 定位算法
ZigBee定位算法分距離無關定位算法和基於距離的定位算法。其中，前者主要有APIT算法、質心算法、DV-HOP（Distance Vector-Hop）算法等，定位對硬件要求較低，但精度較差；後者包括TDOA（基於到達時間差）算法、AOA（基於到達角度）算法、TOF（基於信號飛行時間時間）算法、RSSI（基於信號接收強度）算法等，它們定位精度高，但對硬件要求較高[5]。本文在ZigBee感知及傳輸層采用RSSI/TOF算法，利用未知節點和定位分站的幾何關係，根據最大似然估計法求得節點距離，並根據雙基站協同判別節點方位；在上層軟件中，通過對定位數據的預處理，運用標量化拓撲測距判別模型與巷道空間坐標對應的真實位置進行計算和顯示。
3.1 RSSI/TOF測距及雙基站協同定位原理
實現對機車和人員的定位主要有兩層要求，一是要測量出機車和人員與地標定位儀之間的距離，二是要定位其準確的坐標。由於煤礦井下巷道呈狹長分布，隻要能測量出機車和人員與指定地標定位儀的距離並判斷出左右方位，即可實現較為準確的定位。
3.1.1 RSSI測距原理
RSSI測距是接收節點根據接收信號強度和發射節點信號發射強度，利用信道傳輸損耗模型將傳輸損耗轉化為距離的一種測距方法。在IEEE802.15.4協議下，簡化的信道模型可用式（1）描述[6]：
（1）
式中，Pt為信號發射強度（dBm），d為傳輸距離（m）。實際應用中，傳輸模型可簡化為式（2）：
RSSI=-（10nlgd+PL0） （2）
式中，n為傳播指數，PL0為d=1 m時接收信號的強度。
由式（2）可知，信號的衰減與傳輸距離d成對數關係。d越小，RSSI偏差所產生的距離絕對誤差越小；當d大於某一閾值時，RSSI值的波動造成距離的絕對誤差明顯增大。在煤礦井下環境實際測試時，該閾值在8～10 m。由於地標定位儀的布設間距為10～25 m，使用RSSI法測距可能引起明顯誤差。要減小誤差，一是在成本允許的條件下盡量增大地標定位儀的布設密度，二是利用TOF等算法輔助測距。
3.1.2 TOF測距原理
TOF測距是通過測量無線信號在節點間的傳送時間來換算距離。
（3）
計算出Tprop後，根據d=Tprop×c可以計算出標識卡到定位分站之間的距離（c代表光速，取值為3.0×108 m/s ）。
3.1.3 RSSI/TOF融合測距實現方法
經實地測試，RSSI在標識卡距定位分站距離較近時測距誤差較小，而TOF在距離較遠時測距誤差較小。因此，RSSI/TOF融合測距的方法是通過實驗測定一個RSSI的合理閾值，當RSSI值大於設定閾值並呈逐漸增大趨勢時，說明標識卡在靠近定位分站，應采用RSSI測距；反之，當RSSI值小於設定閾值並呈逐漸減小趨勢時，說明標識卡在遠離定位分站，應采用TOF測距[6]。