無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)定位節(jié)點(diǎn)設(shè)計
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公共安全領(lǐng)域內(nèi)，室內(nèi)定位技術(shù)在羈押場所預(yù)警監(jiān)控、取保候?qū)?、監(jiān)視居住，以及緊急情況救援與救災(zāi)應(yīng)急指揮調(diào)度等應(yīng)用中具備良好的應(yīng)用前景。ZigBee技術(shù)是一種基于IEEE 802．15．4標(biāo)準(zhǔn)的低復(fù)雜度、低功耗、低成本的無線通信技術(shù)，具有自組網(wǎng)、低延遲、可實(shí)現(xiàn)128位的AES加密和組網(wǎng)方式靈活等特性，非常適合用于室內(nèi)定位技術(shù)的應(yīng)用需求?；?a class="contentlabel" href="http://yuyingmama.com.cn/news/listbylabel/label/ZigBee">ZigBee技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)，具有成本低、節(jié)點(diǎn)續(xù)航時間長、自組網(wǎng)方便靈活、便于快速部署和安全性較高等優(yōu)點(diǎn)。
1 基于ZigBee的室內(nèi)定位節(jié)點(diǎn)簡述
基于ZigBee的定位網(wǎng)絡(luò)是一個WSN網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，無線傳感器網(wǎng)絡(luò))，為定位應(yīng)用系統(tǒng)提供定位特征信息及節(jié)點(diǎn)狀態(tài)報警信息，由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、參考節(jié)點(diǎn)和盲節(jié)點(diǎn)組成。定位算法需要至少3個參考節(jié)點(diǎn)對1個盲節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。定位網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
定位網(wǎng)絡(luò)中，ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器承擔(dān)著ZigBee網(wǎng)絡(luò)的發(fā)起和管理功能。ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器匯集定位網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有參考節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的定位信息，并將定位信息發(fā)送給應(yīng)用系統(tǒng)。
參考節(jié)點(diǎn)固定布置在定位區(qū)域范圍內(nèi)的特定位置上，接收盲節(jié)點(diǎn)發(fā)送的特征信息數(shù)據(jù)信號，并提取出該信號的場強(qiáng)特征信息，即RSSI(Re ceived Signal Strength Indication，接收信號強(qiáng)度指示)值。參考節(jié)點(diǎn)將其自身的特征信息和盲節(jié)點(diǎn)的特征信息數(shù)據(jù)、RSSI值打包生成定位信息，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。參考節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)中的路由節(jié)點(diǎn)。
盲節(jié)點(diǎn)佩戴或安裝在被定位人員或物品上，周期性地通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)廣播發(fā)送自身的特征信息數(shù)據(jù)。盲節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點(diǎn)。
參考節(jié)點(diǎn)與盲節(jié)點(diǎn)使用相同的硬件，通過下載參考節(jié)點(diǎn)或是盲節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)參考節(jié)點(diǎn)或盲節(jié)點(diǎn)的功能。本文所述定位節(jié)點(diǎn)包括參考節(jié)點(diǎn)和肓節(jié)點(diǎn)。
2 基于ZigBee的室內(nèi)定位節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計
基于ZigBee的室內(nèi)定位節(jié)點(diǎn)硬件電路主要由CC2530主控電路、射頻前端電路、電源模塊、加速度傳感器電路等部分組成。
2．1 CC2530主控電路設(shè)計
本文選擇TI公司的CC2530為核心來設(shè)計節(jié)點(diǎn)。CC2530是一款低成本、低功耗、高集成度的ZigBee協(xié)議SoC解決方案，工作在2．4 GHz ISM頻段。CC2530內(nèi)部集成有射頻收發(fā)器、增強(qiáng)型8051核MCU、豐富的片上存儲器和外圍接口資源，能夠為ZigBee協(xié)議棧及應(yīng)用軟件提供有力的支持。CC2530功耗低，在以1 dBm功率發(fā)射時，電流消耗為29 mA；接收時，電流為24 mA。CC2530支持多種低功率工作模式(空閑模式和休眠模式等)，休眠模式切換到主動模式的超短時間特性使節(jié)能設(shè)計更方便，特別適合要求電池壽命長的應(yīng)用。
節(jié)點(diǎn)以CC2530芯片為核心，配合軟件優(yōu)化，在實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)功能的同時，能夠有效節(jié)省功耗、減少體積和BOM成本。主控電路的原理圖如圖2所示。
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