無線傳感器網絡的室內定位節(jié)點設計
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公共安全領域內，室內定位技術在羈押場所預警監(jiān)控、取保候審、監(jiān)視居住，以及緊急情況救援與救災應急指揮調度等應用中具備良好的應用前景。ZigBee技術是一種基于IEEE 802．15．4標準的低復雜度、低功耗、低成本的無線通信技術，具有自組網、低延遲、可實現(xiàn)128位的AES加密和組網方式靈活等特性，非常適合用于室內定位技術的應用需求?；?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/ZigBee">ZigBee技術的室內定位系統(tǒng)，具有成本低、節(jié)點續(xù)航時間長、自組網方便靈活、便于快速部署和安全性較高等優(yōu)點。
1 基于ZigBee的室內定位節(jié)點簡述
基于ZigBee的定位網絡是一個WSN網絡(Wireless Sensor Network，無線傳感器網絡)，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，由網絡協(xié)調器、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。定位網絡結構圖如圖1所示。
定位網絡中，ZigBee網絡協(xié)調器承擔著ZigBee網絡的發(fā)起和管理功能。ZigBee網絡協(xié)調器匯集定位網絡內所有參考節(jié)點產生的定位信息，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網絡發(fā)送給ZigBee網絡協(xié)調器。參考節(jié)點是網絡中的路由節(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網絡廣播發(fā)送自身的特征信息數(shù)據(jù)。盲節(jié)點是網絡中的終端節(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的室內定位節(jié)點硬件設計
基于ZigBee的室內定位節(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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