基于ZigBee的无线定位系统的研究与设计

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随着现代社会人员交流的日渐频繁以及人们对娱乐以及特定场合工作人员对人身安全的广泛追求,人们对无线定位的需求与日俱增,各种定位技术及其产品不断涌现市场。本文设计并实现了一个基于ZigBee技术的无线定位系统,该系统包括硬件系统和软件系统。在系统的硬件设计中,共设计了三种类型的节点:协调器节点、参考节点和定位节点。每种类型的节点均设计了多种电源供电模式,同时设计了仿真下载接口用于下载程序,还设计了串口RS232用于协调器与PC机之间的通信以及天线电路用于无线数据的收发。节点采用支持ZigBee技术的芯片作为核心控制器件。本文使用TI的ZigBee芯片CC2430/CC2431作为核心控制芯片,在芯片内部集成了一个无线模块。在芯片的射频引脚和SMA天线之间设计了一个微带巴伦电路进行平衡不平衡转换,从而实现了高频信号的收发匹配。在系统的程序设计中,根据三类节点需要实现的功能分别进行了设计。每种类型的节点之间要能够实现无线通信以及事件和数据处理,这需要借助ZigBee协议栈来实现。ZigBee协议栈采用分层设计,在操作系统硬件抽象层搭建了一个微型操作系统,通过轮询的方式进行任务调度。为每类节点添加任务和事件,并编写相应的任务初始化函数和事件处理函数,由操作系统进行调度。系统定位流程是由一系列输入簇和输出簇命令控制的。本文采用多次测量取平均值的方法采集RSSI值,并对多次采集的RSSI值进行高斯滤波。根据实际测量环境,通过线性回归法确定环境参数,从而建立适合本实验环境的室内信号传播模型,从而有效提高了距离测量的准确性。与以往算法相比,使用基于RSSI的改进三角形质心定位算法有效的提高了定位精度。最后对系统进行了测试,并对结果进行了分析,可见本系统实现了设计的功能:协调器建立网络,其它节点自动加入网络,参考节点为定位节点提供坐标和接收信号强度指示信息,定位节点根据参考节点提供的信息采用质心算法得到定位节点坐标,然后发送到协调器节点,再通过串口发送到上位机显示。
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