無線傳感器網(wǎng)絡的室內(nèi)定位節(jié)點設計
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公共安全領(lǐng)域內(nèi)，室內(nèi)定位技術(shù)在羈押場所預警監(jiān)控、取保候?qū)彙⒈O(jiān)視居住，以及緊急情況救援與救災應急指揮調(diào)度等應用中具備良好的應用前景。ZigBee技術(shù)是一種基于IEEE 802．15．4標準的低復雜度、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)的應用需求。基于ZigBee技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)，具有成本低、節(jié)點續(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。
1 基于ZigBee的室內(nèi)定位節(jié)點簡述
基于ZigBee的定位網(wǎng)絡是一個WSN網(wǎng)絡(Wireless Sensor Network，無線傳感器網(wǎng)絡)，為定位應用系統(tǒng)提供定位特征信息及節(jié)點狀態(tài)報警信息，由網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器、參考節(jié)點和盲節(jié)點組成。定位算法需要至少3個參考節(jié)點對1個盲節(jié)點進行定位。定位網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
定位網(wǎng)絡中，ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器承擔著ZigBee網(wǎng)絡的發(fā)起和管理功能。ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器匯集定位網(wǎng)絡內(nèi)所有參考節(jié)點產(chǎn)生的定位信息，并將定位信息發(fā)送給應用系統(tǒng)。
參考節(jié)點固定布置在定位區(qū)域范圍內(nèi)的特定位置上，接收盲節(jié)點發(fā)送的特征信息數(shù)據(jù)信號，并提取出該信號的場強特征信息，即RSSI(Re ceived Signal Strength Indication，接收信號強度指示)值。參考節(jié)點將其自身的特征信息和盲節(jié)點的特征信息數(shù)據(jù)、RSSI值打包生成定位信息，通過ZigBee網(wǎng)絡發(fā)送給ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器。參考節(jié)點是網(wǎng)絡中的路由節(jié)點。
盲節(jié)點佩戴或安裝在被定位人員或物品上，周期性地通過ZigBee網(wǎng)絡廣播發(fā)送自身的特征信息數(shù)據(jù)。盲節(jié)點是網(wǎng)絡中的終端節(jié)點。
參考節(jié)點與盲節(jié)點使用相同的硬件，通過下載參考節(jié)點或是盲節(jié)點的應用程序，實現(xiàn)參考節(jié)點或盲節(jié)點的功能。本文所述定位節(jié)點包括參考節(jié)點和肓節(jié)點。
2 基于ZigBee的室內(nèi)定位節(jié)點硬件設計
基于ZigBee的室內(nèi)定位節(jié)點硬件電路主要由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主控電路設計
本文選擇TI公司的CC2530為核心來設計節(jié)點。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)能設計更方便，特別適合要求電池壽命長的應用。
節(jié)點以CC2530芯片為核心，配合軟件優(yōu)化，在實現(xiàn)節(jié)點功能的同時，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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