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        基于ZigBee無線傳感器網絡的室內定位系統(tǒng)研究與設計

        2015-05-30 21:47:29朱寒毛如夢王炳偉
        中國新通信 2015年10期
        關鍵詞:無線傳感器網絡設計

        朱寒 毛如夢 王炳偉

        【摘要】隨著科學技術水平的提高,各種技術均有著較快的發(fā)展速度,其中嵌入式技術、無線通信技術、納米技術與智能傳感器技術均有著廣泛的應用,近幾年,無線傳感器網絡的研究日益深入,它與諸多的技術進行著融合,如計算機技術、網絡技術、設計技術與通訊技術等,在此基礎上,無線傳感器網絡具有了網絡化、系統(tǒng)化與集成化的特點。在此基礎上,本文研究了ZigBee無線傳感器網絡及ZigBee無線定位系統(tǒng),旨在提高無線定位的可靠性、穩(wěn)定性與經濟性。

        【關鍵詞】ZigBee 無線傳感器網絡 定位系統(tǒng) 設計

        引言:日前,社會正處于信息時代,智能化與信息化是時代最為顯著的特點,為了滿足人們的無線定位需求,無線定位系統(tǒng)隨之出現(xiàn),該系統(tǒng)結合了各種技術,主要有信息采集處理、網絡通訊技術、嵌入式軟硬件與無線數(shù)據傳輸?shù)取kS著各項技術的發(fā)展,ZigBee無線傳感器網絡滿足了人們的室內定位需求,它具有諸多的優(yōu)點,如:可靠性、準確性、靈活性與高效性等。

        一、ZigBee無線傳感器網絡的概況

        1.1

        ZigBee定位系統(tǒng)的設計

        ZigBee無線傳感器網絡定位系統(tǒng)是由兩部分組成的,分別為ZigBee無線網絡定位系統(tǒng)與CAN總線數(shù)據傳輸系統(tǒng)。兩個系統(tǒng)均具有先進性,其網絡結構結合了有線與無線,有線部分主要承擔著傳輸數(shù)據的任務,無線部分主要承擔著采集數(shù)據的任務。無線傳感器網絡其設備的安裝十分便捷,此時的定位系統(tǒng)布線具有廣泛性與全面性,同時此系統(tǒng)具有可靠性、穩(wěn)定性與靈活性的特點。ZigBee無線傳感器網絡的設計要求如下:1、功耗低。在設計時,首先要解決的問題便是無線傳感器網絡節(jié)點的功耗問題,該網絡的節(jié)點具有眾多的數(shù)量,同時其分布也具有廣泛性,在此基礎上,供電設備的更換具有較高的難度,此時對節(jié)點功耗有著嚴格的要求,不僅要保持較低的功耗,還要保持較長的供電時間。2、成本低。無線傳感器網絡節(jié)點設計的優(yōu)劣是有其成本進行衡量的,雖然其節(jié)點的布置工作量較大,但仍要注重對其成本的控制,唯有保證成本的最低值,才能夠實現(xiàn)節(jié)點的廣泛運用。此時,無線傳感器節(jié)點的設計要具有簡潔性。3、微型化。網絡設備節(jié)點要保證其體積的最小化,在不影響目標系統(tǒng)特性的基礎上,對軟件程序進行設計,此時的模塊要具備簡潔性與精準性,避免冗余代碼的出現(xiàn);同時軟件代碼要保持獨特性與針對性,不同的系統(tǒng)配有相應的代碼。4、穩(wěn)定性。網絡節(jié)點的穩(wěn)定性主要是對硬件的要求,即便外部環(huán)境發(fā)生變化,其硬件也要保持穩(wěn)定的工作,具體的模塊包括微處理器、無線通信、電源模塊與傳感器模塊…。

        1.2

        ZigBee協(xié)議棧的概述

        1、技術特點。具體內容如下:低速率、低功耗、安全性、可靠性、靈活性與自愈性,同時其成本較低、容量較大。2、節(jié)點與通訊。ZigBee網絡節(jié)點主要有三類,分別為協(xié)調器、參考節(jié)點與定位節(jié)點,第一個節(jié)點在整個系統(tǒng)中扮演著重要的角色,其芯片為CC2430芯片。ZigBee通訊方式主要有單點傳送,它屬于標準尋址傳送模式,還包括間接傳統(tǒng)與廣播傳送等。3、協(xié)議棧結構。協(xié)議棧結構具有七層,其中較為重要的為物理層、訪問控制層、網絡層與應用層。應用層還包括安全與鑒權、數(shù)據匯聚與設備發(fā)現(xiàn)等。

        二、ZigBee無線定位系統(tǒng)設計

        1、芯片的選擇。在納米技術的支持下,芯片得到了快速的發(fā)展,其產量在逐年增多。同時,其生產的成本也在逐漸降低,芯片的集成度也在進一步提高,芯片具有了更多的功能,其供電的管理也具有了集中性,在此基礎上,系統(tǒng)的功耗得到了降低。ZigBee無線定位系統(tǒng)的低功耗特點對其發(fā)展有著積極的意義。ZigBee芯片的種類較多,因此,對于ZigBee無線定位系統(tǒng)而言,要選擇低成本、低功耗、微型化與簡潔性的芯片,如:CC2430與CC2431芯片。

        2、芯片的功能。CC2430芯片屬于參考節(jié)點芯片,其優(yōu)點如下:低功耗、高集成、抗干擾、強靈敏,其功能主要有DMA功能,硬件支持功能、數(shù)字化支持功能與集成安全協(xié)處理器,同時還具備電池監(jiān)測功能。CC2431芯片屬于定位節(jié)點芯片,它具有低功耗的特點,滿足了ZigBee無線傳感器網絡的實際需求,因此,具有較強的適用性;同時該芯片的定位具有較高的準確性,其成本也相對較低,因此,在市場上具有較強的競爭力。

        3、硬件電路設計。ZigBee無線網絡對網絡節(jié)點有較高的要求,如:低功耗與低成本,因此,對芯片的選擇為CC2430,該芯片具有較高的集成度,同時構建過程中對外圍元器件的需求量較少,進而成本得到了控制。

        4、軟件程序設計。ZigBee無線傳感器網絡定位系統(tǒng)要硬件平臺設計的背景下,對軟件平臺展開了設計,主要的軟件程序分為參考節(jié)點與定位節(jié)點,此時的節(jié)點具有無線定位的功能。在軟件系統(tǒng)中選用了C語言進行的編寫。

        參考節(jié)點的設計功能有定位網絡、收發(fā)數(shù)據、收集定位節(jié)點信號強度、保存網絡ID與坐標信息等。定位節(jié)點的設計功能有定位網絡、收發(fā)數(shù)據、控制參考節(jié)點的信號強度、保存與發(fā)送網絡ID與坐標信息。

        總結:綜上所述,無線定位技術在不斷發(fā)展,促進了ZigBee無線傳感器網絡的完善,該網絡具有一系列的優(yōu)點,如:低成本、低功耗與便捷性、靈活性等,為了滿足人們的定位需求,本文研究了基于ZigBee無線傳感器網絡的室內定位系統(tǒng)研究與設計,分別介紹了ZigBee無線傳感器網絡與ZigBee定位系統(tǒng)設計,相信,隨著研究的日益深入,該系統(tǒng)的功能將更加完善,其性能也將得到相應的提高。

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