基于ZIGBEE无线传感器网络的室内定位系统设计

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1、2010年第9期福建电脑13基于ZigBee无线传感器网络的室内定位系统设计江晓飞，王英俊，王武，蔡逢煌(福’1,1大学电气工程与自动化学院福建福州350108)【摘要】：研究设计了一种基于ZigBee无线传感器网络的室内定位系统。该系统通过待定位点发射红外信号和超声波信号到达各个参考节点的时间差计算出待定位点到达参考点的距离，再通过三点定位法计算出待定位点的坐标信息。文章介绍了ZigBee技术，TDOA定位原理，设计了红外传感器、超声波传感器的发射、接收模块，王-心44-片hc9s12dg128外围接口电路，并完成了相关的软件设计。【关键词】：ZigBee，无线传感器网络，TDOA

2、，三点定位0、引言给用户无线网络节点间信息的传输通常使用ZigBee定位通常是指确定地球表面某种物体在某一参考技术。ZigBee技术是一种新兴的短距离、低速率无线网坐标系中的位置．它能为导航提供信息。在无线传感器络技术．主要应用于段距离范围之内并且数据传输速网络中，节点所采集到的数据，(如温度，湿度等)必须率不高的各种电子设备之间．尤其适用于传感器。它具与测量坐标系内的位置结合．所采集的信息数据才有有以下特点：数据传输速率低、有效范同小、工作频段意义在智能机器人研究中．定位为导航提供基础和保灵活、省电、时延短、可靠、成本低、网络容量大l4_-151。障当今使用最广泛．也是最成熟的定位

3、技术是全球定2、TDOA定位原理。位系统(GPRS，GlobalPositioningSystem)，它能在全球不同的信号在空气中的传播速度不同．通过不同范围内全天候地进行定位．具有定位精度高．抗干扰能传播速度的信号到达的时问差可计算出两点之问的距力强等特点【”．但是它适用于无遮挡的室外环境．无法离本文使用红外和超声两种信号到达参考点的时问满足室内定位的需要无线传感器网络融合了网络通差进行测距。红外信号和超声信号同时从同一点发射，信技术．微机电系统机技术和传感器技术．是当前国红外信号传播速度快．先到达已知点后开始计时．等超际上备受关注、由多学科交叉的一个新兴前沿热点声信号到达已知点后

4、停止计时．这段时间即是两种信领域【2J。它能够协作地实时监测、感知和采集各种环境号到达的时间差设两个点之间的距离为s．红外信号或监测对象的信息。并对其进行处理，传送到这些信息传播速度为vl(光速)，到达已知点所需时间为t1，超声的用户．通过建立传感器网络，再将传感器信息发送至信号传播速度为v2(声速)，到达已知点所需时间为t2。PC上位机计算处理可以得到传感器网络区域内的各两种信号到达同一个参考节点的时间差为t2一t1种信息。S=木‘(1)目前的定位算法从定位手段上分有两大类：基于S=V2术t2(2)测距算法(ranged—based)和非测距算法(range—free)。由于光速为

5、3O公里每秒．实验测距范围小于10常用的测距方法包括RSSIfReceivedSignalStrength米．红外信号传播所需时问小于3*10E一8秒．且远小Indicator)法、TOA(TimeofArriva1)法、TDOA(Time于超声信号传播的时间，在测量精度内可忽略所以f2)DifferenceOnArriva1)法和AOA(AngleofArriva1)法。式可转化为非测距的定位算法有DV—hoD算法、DV—distance算S=木(t2一tI)(3)法、APIT算法、Am0rph0us算法和质心算法[21131。3、红外、超声传感器原理本文研究基于ZigBee无线传

6、感器网络的室内定位红外传感器包括了红外发射管和红外接收管对系统．采用红外传感器．超声传感器进行基于测距的红外发射管供电就会发射出不可见的红外光红外接TDOA算法．该系统结构简单，可拓展性强。收管对一定频率的红外光敏感．当接收到一定频率的1、ZigBee技术简介红外光时会引起其信号脚电压的变化。本文将红外接无线传感器网络一般由传感器子节点．终端节点．收管的信号脚的高低电平用于控制计时器的开始信上位机构成。传感器节点在区域内取得各种信息并通号。过无线网络传给终端节点。终端节点接收子节点信息超声传感器包括超声波发射器T和超声波接收器并传输给上位机．上位机接收终端节点信息处理显示R。给发射器

7、T提供一定频率的驱动信号．就会向空气基金项目：福州大学科研资助项目(2oo9一XQ一05)14福建电脑2010年第9期中发射超声波．接收器R接收到该超声波就会引起其5、系统软硬件设计信号脚电平的变化本文的超声传感器选用T40—16型系统由待定位点．一个主节点．四个参考子节点和号，外径16mm，中心频率40kHz，最佳使用频率39PC上位机构成。其中待定位点包括红外、超声发射模41kHz．当输入脉冲的占空比为50％时有最佳的驱动块。子节点包括红外、超声接收模