無線傳感器網絡的室內定位節點設計

在ADS2011環境下對該設計進行S參數仿真及Z參數仿真，仿真結果略——編者注。
仿真結果顯示，匹配網絡正向傳播系數為-0．685dB，即插入損耗小于0．076；回波損耗為-22．733 dB，即小于0．073；輸入阻抗為69．181 Ω，輸出阻抗為50．221 Ω，匹配網絡較好地達到了設計目標。
2．3 電源模塊設計
節點核心芯片CC2530的工作電壓為2～3．6 V，其射頻輸出功率和接收靈敏度受到供電電壓的影響。射頻信號強度信息是定位的關鍵信息，因此，必須保證供電電壓的穩定，才能保證定位信息的準確。同時，參考節電與盲節點根據應用場合不同，將采取普通堿性電池、充電電池、鋰電池、直流電源等多種供電方式，輸入電源電壓范圍較寬。最后，電源模塊需要采用DC—DC轉換的方式，以提高電源轉換效率，延長電池使用時間。

TI公司的TPS63001為一款升降壓轉化器，輸入電壓范圍為1．8～5．5 V，輸出電壓3．3 V，最大輸出電流800mA，采用3 mm×3 mm微型封裝，效率可高達96％。適用于普通堿性電池、充電電池、鋰電池等多種供電模式，具有適應范圍寬、效率高、體積小等優點，能夠滿足電源設計的需求。電源模塊原理如圖4所示。

3 基于ZigBee的室內定位節點軟件設計
3．1 軟件結構
節點的軟件設計基于OSAL操作系統、用戶應用任務(UserApp)和ZigBee設備對象任務(ZDO)一起在OSAL操作系統的調度下運行，其調度機制基于優先級。其中，用戶應用任務優先級最低。節點軟件架構如圖5所示。

ZigBee系統任務在TI公司提供的Z—Stack協議棧的基礎上設計實現。ZigBee協議從上到下由應用層APS、網絡層NWK、媒體訪問控制層MAC和物理層PHY組成。應用層的主要功能與定位信息的采集與傳輸密切相關。網絡層的功能包括配置設備、路由發現和維護，確保數據安全、有效地傳輸到目的設備。媒體訪問控制層MAC控制著設備接入無線信道的時間和方法，確保數據鏈的可靠性。物理層PHY主要實現數據的發送和接收，完成信道的評估和射頻信號能量的測量。應用層APS數據從一個ZigBee設備發送到另一個ZigBee設備，是一個層次封裝，然后層次解析的過程。數據傳遞流程如圖6所示。

3．2 ZigBee軟件設計
節點加入ZigBee網絡運行是定位系統運行的基礎，關系到定位數據的可靠性和系統的穩定性。節點上電后，首先進行硬件初始化和網絡初始化。節點加入網絡的過程如下：節點在預先設定的信道上資料存入自己的相鄰表。在相鄰表所有父節點中選擇一個深度最小的，并對其發出入網請求信息。如果發出的請求被批準，父節點會分配給它一個2字節的網絡地址，此時入網成功；如果請求失敗，那么重新查找相鄰表，繼續發送請求信息，直到加入網絡或相鄰表中都沒有合適的父節點，則入網失敗，中止過程。