無線傳感器定位節(jié)點硬件

1、定位是無線傳感器(WSN)網絡重要的支撐技術，具有廣泛的應用。ZigBee技術則是一種近距離、低功耗、低數據傳輸率、低成本的雙向無線通信技術，可以嵌入到各種設備中，同時支持地理定位功能。將ZigBee技術應用于無線傳感器網絡中是現今研究的一個重點，相關定位技術的研究和應用也受到人們廣泛的關注。1 WSN定位概述11 WSN定位研究現狀無線傳感器的廣泛應用使其定位技術得到快速發(fā)展。TI公司推出一款帶硬件定位引擎的片上系統(SoC)解決方案CC243l，在典型應用中可實現35 m定位精度和0.25 m的分辨率，由于定位算法被固化，導致其應用缺少靈活性。另一方面，利用普通無線收發(fā)器件結合軟件算法的定

2、位受到了廣泛關注。12 CC2430簡介CC2430是 TI公司推出的一款24 GHz射頻系統單芯片。該器件內部集成有ZigBee射頻前端，內存和微控制器。微控制器使用的805l內核，內部具有128 KB可編程閃存和8 KB的RAM，還包含AD轉換器、定時器Timer、AESl28協同處理器、看門狗定時器、32 kHz晶振的休眠模式，定時器上電復位電路以及外部21個可編程的IO口，在硬件上支持IEEE802154規(guī)定的CSMA-CA功能。CC2430自身資源豐富和低功耗、低成本的特點使得其非常適用于無線傳感器網絡中。2定位系統網絡結構圖系統體系結構如圖l所示。無線傳感器定位系統中包括3類節(jié)點：

3、協調器、參考節(jié)點和盲節(jié)點。參考節(jié)點位置已知，盲節(jié)點利用已知參考節(jié)點信息，借助一定的定位算法確定自身位置，完成自身定位。一個完整的無線傳感器定位系統設計過程包括3個方面：硬件節(jié)點設計、定位節(jié)點軟件設計和上位機軟件設計。硬件設計為系統提供定位硬件平臺，定位節(jié)點軟件設計主要完成無線收發(fā)模塊的數據傳輸流程，上位機軟件接收無線采集數據，利用特定算法完成定位，并動態(tài)顯示定位結果。3 WSN定位節(jié)點硬件設計31 總體設計定位節(jié)點硬件設計框架如圖2所示。硬件設計分為兩部分：無線通信模塊設計和無線測試模塊設計。無線通信模塊為節(jié)點間的無線數據提供接口，它是節(jié)點核心部分。無線測試模塊通過RS232串口轉換電路實現P

4、C機與協調器節(jié)點間的數據傳輸。圖2定位結點硬件設計框圖32 硬件實現無線通信模塊包括CC2430及其相關外圍電路。由于CC2430集8051內核與無線收發(fā)模塊于一體，從而簡化了電路設計過程，省去了單片機和無線收發(fā)器件之間接口電路的設計，縮短了研發(fā)周期。無線測試模塊的串口轉換電路采用MAX3232雙通道轉換器，工作電壓范圍為355 V，該電路主要用于協調器與PC之間的串口通信。對射頻電路來說，解決好器件間干擾問題是至關重要的。建議無線通信模塊采用PCB雙層板，頂層用于信號線布線，底層用于電源和地布線，在無布線的開放區(qū)域采用少量過孔相連到地。另外，務必使CC2430底部可靠接地。外圍器件尺寸盡量小

5、，可使用0402規(guī)格阻容器件。如果使用PCB天線，為了減少板材對PCB天線的影響，使天線獲得最佳性能，可以采用RF4板材，板材介電常數為45，厚度為1 mm，敷銅厚度為035m。無線測試模塊PCB制作無特殊要求。4 定位節(jié)點軟件設計無線傳感器定位網絡中存在3種功能類型的節(jié)點，分別為網關(協調器)、參考節(jié)點(路由器)和盲節(jié)點(終端)。網關在整個系統中有著至關重要的作用，首先它要接收上位機發(fā)出的命令，開啟網絡，等待其他類型節(jié)點入網，其次還要接收各節(jié)點反饋的有效數據并傳輸給上位機軟件處理。參考節(jié)點是一類靜止的已知自身位置的節(jié)點，它的任務是接收帶RSSI(Received Signal Strength Indicator)值的信息包并計算RSSI平均值，最終在盲節(jié)點打包各RSSI平均值后，將其發(fā)送給網關，傳回上位機監(jiān)控軟件處理。盲節(jié)點是一類可移動的節(jié)點，可在參考節(jié)點包圍的區(qū)域內任意移動。盲節(jié)點向周圍空間廣播RSSI簇，并接收一跳范圍內的參考節(jié)點平均RSSI值，打包收到的各平均RSSI值后，無線發(fā)送給協調器節(jié)點。圖3為整體傳感器網絡定位通信流程。圖3 感器網絡定位通信網流程考慮到網關節(jié)點除了組網