基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)定位技術研究

定位是無線傳感器(WSN)網(wǎng)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(shù)據(jù)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(wǎng)絡中是現(xiàn)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

　　1.1 WSN定位研究現(xiàn)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(tǒng)(SoC)解決方案CC243l，在典型應用中可實現(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位受到了廣泛關注。

　　1.2 CC2430簡介

　　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、定時器Timer、AESl28協(xié)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、低成本的特點使得其非常適用于無線傳感器網(wǎng)絡中。

　　2 定位系統(tǒng)網(wǎng)絡結構圖

　　系統(tǒng)體系結構如圖l所示。無線傳感器定位系統(tǒng)中包括3類節(jié)點：協(xié)調(diào)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(tǒng)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(tǒng)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(shù)據(jù)傳輸流程，上位機軟件接收無線采集數(shù)據(jù)，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

　　3.1 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(shù)據(jù)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(zhuǎn)換電路實現(xiàn)PC機與協(xié)調(diào)器節(jié)點間的數(shù)據(jù)傳輸。

　　圖2定位結點硬件設計框圖

　　3.2 硬件實現(xiàn)

　　無線通信模塊包括CC2430及其相關外圍電路。由于CC2430集8051內(nèi)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。