基于ZigBee的無(wú)線傳感器網(wǎng)定位技術(shù)研究

定位是無(wú)線傳感器(WSN)網(wǎng)絡(luò)重要的支撐技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用。ZigBee技術(shù)則是一種近距離、低功耗、低數(shù)據(jù)傳輸率、低成本的雙向無(wú)線通信技術(shù)，可以嵌入到各種設(shè)備中，同時(shí)支持地理定位功能。將ZigBee技術(shù)應(yīng)用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中是現(xiàn)今研究的一個(gè)重點(diǎn)，相關(guān)定位技術(shù)的研究和應(yīng)用也受到人們廣泛的關(guān)注。

　　1 WSN定位概述

　　1.1 WSN定位研究現(xiàn)狀

　　無(wú)線傳感器的廣泛應(yīng)用使其定位技術(shù)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(tǒng)(SoC)解決方案CC243l，在典型應(yīng)用中可實(shí)現(xiàn)3～5 m定位精度和0.25 m的分辨率，由于定位算法被固化，導(dǎo)致其應(yīng)用缺少靈活性。另一方面，利用普通無(wú)線收發(fā)器件結(jié)合軟件算法的定位受到了廣泛關(guān)注。

　　1.2 CC2430簡(jiǎn)介

　　CC2430是 TI公司推出的一款2.4 GHz射頻系統(tǒng)單芯片。該器件內(nèi)部集成有ZigBee射頻前端，內(nèi)存和微控制器。微控制器使用的805l內(nèi)核，內(nèi)部具有128 KB可編程閃存和8 KB的RAM，還包含A/D轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器Timer、AESl28協(xié)同處理器、看門狗定時(shí)器、32 kHz晶振的休眠模式，定時(shí)器上電復(fù)位電路以及外部21個(gè)可編程的I/O口，在硬件上支持IEEE802.15.4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(diǎn)使得其非常適用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中。

　　2 定位系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

　　系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖l所示。無(wú)線傳感器定位系統(tǒng)中包括3類節(jié)點(diǎn)：協(xié)調(diào)器、參考節(jié)點(diǎn)和盲節(jié)點(diǎn)。參考節(jié)點(diǎn)位置已知，盲節(jié)點(diǎn)利用已知參考節(jié)點(diǎn)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(gè)完整的無(wú)線傳感器定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程包括3個(gè)方面：硬件節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、定位節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)和上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)為系統(tǒng)提供定位硬件平臺(tái)，定位節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)主要完成無(wú)線收發(fā)模塊的數(shù)據(jù)傳輸流程，上位機(jī)軟件接收無(wú)線采集數(shù)據(jù)，利用特定算法完成定位，并動(dòng)態(tài)顯示定位結(jié)果。

　　3 WSN定位節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

　　3.1 總體設(shè)計(jì)

　　定位節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)框架如圖2所示。硬件設(shè)計(jì)分為兩部分：無(wú)線通信模塊設(shè)計(jì)和無(wú)線測(cè)試模塊設(shè)計(jì)。無(wú)線通信模塊為節(jié)點(diǎn)間的無(wú)線數(shù)據(jù)提供接口，它是節(jié)點(diǎn)核心部分。無(wú)線測(cè)試模塊通過(guò)RS232串口轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸。

　　圖2定位結(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)框圖

　　3.2 硬件實(shí)現(xiàn)

　　無(wú)線通信模塊包括CC2430及其相關(guān)外圍電路。由于CC2430集8051內(nèi)核與無(wú)線收發(fā)模塊于一體，從而簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)過(guò)程，省去了單片機(jī)和無(wú)線收發(fā)器件之間接口電路的設(shè)計(jì)，縮短了研發(fā)周期。