基于ZigBee技术的室内定位系统研究与实现 - 硕士学位论文 - 图文(14)

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36拟合曲线探索

采用曲线拟合法求取距离时，基本都使用衰落模型拟台曲线。但由于章内环境的复杂

陛，导致衰落模型拟合曲线的拟台效果很不理想，产生的测距误差很大。为了使拟台曲线更优化，尝试使用其它的啦线拟台形式。如图3 13先RSSl-cI十次多项式拟舍啦线图。图314是5次、10次、15次和18次多项式拟合曲线误差图。可以看出，采用十次

多项式拟合的曲线较经典拟台曲线有了很大的l生能改善。

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图314多项式拟台曲线误差

Fig314 Errorofpolynomial tiltedCUlWe

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这种曲线拟合方式产生了一个新的问题，即一个RSSI值可能会对应不I}个的距离值。为了解决这样一个问题，引入了拟合曲线的斜率曲线概念。图3 13中的多项式形式十次拟合曲线的方程式为：

RSSI(d)=2 228×10“do一3 4918x10“d+2．3167x10“d

f3241

一0 0084715d7+00t8625d6一025218d5+20741d4 —9 9033d’+25624d2—35 665d一28 021

方程式324的斜率方程，也就是它的导数方程为：

RSSIfd、=2 228×104d9—3 1426x10。ds_1 8534x10。d7

—0 00593d6+0 11175d5—1．2609d4+82963d3 —29 71d2+51 247d 35 665

f3．251

对～个RSSI对应的几个距离值来说，它们的斜率是不同的，根据这一特征，利用斜率进行真实距离区分，图3 1 5是图3 13中多项式的拟合斜率曲线。在每个定位点上，利用前两次获得的RSSI值及其距离值，计算出一个斜率值。如果任意连续两次测试时 间间隔足够短，就可以将这个斜率作为当前点的斜率，用该斜率值与多个距离值上分别对应的斜率进行比较，就可阻从几个距离值中确定正确的那个。所以，对这种拟合方式而言，记录上两次的RSSI及其对应距离值至关重要。

幽315多琅式斜率曲线

基于ZigBee技术的室内定位系统研究与实现

4基于ZigBee网络的定位系统设计

任何无线定位功能的实现都是基于某种无线通信网络的，以ZigBee技术为载体的定宜同样也是基于一个网络的。本文实现的系统就是在ZigBee网络的基础上，针对楼道及办公室环境的定位跟踪应用，通过定位跟踪室内人员、物品(贵重设备、医疗器械等)来进行实时监测和管理。对定位环境模型进行适当修改后，也可应用于矿井巷道等其它环境中。

4．1定位系统结构图

定位系统结构图如图4．1所示。无线传感器定位网络中存在3种功能类型的节点，分别为协调器、参考节点和盲节点。协调器有协调器来充当，它在整个系统中起着至关重要的作用，首先它要响应上位机发出的命令，开启网络，等待其它类型节点入网，其次还要接收各节点上传的数据并传送给上位机软件处理。除完成自身特有功能外，协调器也可作为参考节点使用。参考节点是一类静止的、已知自身位置坐标信息的节点，它的任务是接收包含定位相关参量如RSSI和LQI值的数据包，并计算RSSI等参量的平均值，最终在盲节点打包各参量平均值后，将其发送给协调器，传回上位机监测软件处理。部分参考节点除完成参考节点相关功能外，它还具有链路路由功能。盲节点也称之为待定位节点，它是一类可移动的节点，可在参考节点包围的区域内任意移动，定位的目的就是要获得该类节点的位置坐标信息。

点 量盲节点

Q网关

图4．1 定位系统结构图

Fig．4．1 Structure diagram of localizationsystem

一个完整的集中处理式无线传感器定位系统包括三个部分【29l：硬件节点、定位节点软件和上位机监测软件。每一部分设计都有其特殊性，硬件设计过程为系统提供了定位

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所需的硬件平台，定位节点软件设计主要完成节点间的网络组建和数据传输，上位机软

件通过有线方式(使用串121、USB等接口)接收定位相关网络采集信息，利用某种定位算法完成定位过程，并动态显示移动节点定位效果。

4．2定位系统硬件设计

4．2．1硬件总体规划

定位节点硬件设计框架如图4．2所示。硬件电路设计包括两部分：无线通信模块设计和辅助功能模块设计。无线通信模块为节点间的无线数据收发接口，它是节点核心部分。辅助功能模块完成定位状态指示、供电、串口通信等辅助功能，它通过RS232串口转换电路实现PC机与协调器节点间的数据传输。为了降低开发成本，硬件平台没有按节点功能分别单独设计，而是将所有功能放在了一个平台上。根据节点实际功能要求，只需焊接所需器件即可。

图4．2节点硬件设计框图

Fig．4．2 Diagram of node hardwaredesignation

4．2．2无线通信芯片CC2430

CC2430芯片12lJ为Chipcon公司生产的2．4 GHz射频系统单芯片。它沿用了以往CC2420芯片的架构，在单个芯片上整合了ZigBee射频(RF)前端、内存和微控制器。它使用1个8位MCU(8051)，具有128 KB可编程闪存和8 KB的RAM，还包含模拟数字转换器(ADC)、几个定时器(Timer)、AESl28协同处理器、看门狗定时器(Watchdog

timer)、

32 kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路(Power On Reset)、掉电检测电路(Brown out

detection)，以及21个可编程I／O引脚。

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CC2430芯片采用0．18urnCMOS工艺生产，工作时的电流损耗为27mA。在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27mA或25mA。CC2430的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。

CC2430的主要性能参数如下[211： (1)工作频带范围：2．400--一2．48350Hz；(2)采用IEEE 802．15．4规范要求的直接序列扩频方式；(3)数据速率达250kbps，码片速率达2MChip／s；(4)采用O．QPSK调制方式；

(5)超低电流消耗(RX-18．8mA，TX：17．4mA)，高接收灵敏度(．95dBm)； (6)抗邻频道干扰能力强(30／45dB)： (7)内部集成有VCO、LNA、PA以及电源整流器，采用低电压供电(2．1～3．6V)； (8)输出功率编程可控；

(9)IEEE802．15．4MAC层硬件可支持自动帧格式生成、同步插入与检测、16bitCRC

校验、电源检测、完全自动MAC层安全保护(CTR、CBC．MAC、CCM)；

(10)与控制微处理器的接口配置容易(4总线SPI接口)；

(1 1)开发工具齐全，提供有开发套件和演示套件；

(12)采用QLP．48封装，外形尺寸只有7x7mm。

4．2．3

CC2430射频模块设计无线通信模块包括CC2430芯片及其相关外围电路。由于CC2430将8051内核与无

线收发模块集成到了一个芯片当中，从而简化了电路设计过程，省去了单片机和无线收 发芯片之间接口电路的设计，缩短了硬件开发周期。其电路原理图如图4．3所示。本电路图参考了TI公司相关电路图。将CC2430芯片引脚全部引出，便于定位 …… 此处隐藏：1747字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……