基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)定位技術(shù)研究

　　無線測試模塊的串口轉(zhuǎn)換電路采用MAX3232雙通道轉(zhuǎn)換器，工作電壓范圍為3～5.5 V，該電路主要用于協(xié)調(diào)器與PC之間的串口通信。

　　對射頻電路來說，解決好器件間干擾問題是至關(guān)重要的。建議無線通信模塊采用PCB雙層板，頂層用于信號線布線，底層用于電源和地布線，在無布線的開放區(qū)域采用少量過孔相連到地。另外，務(wù)必使CC2430底部可靠接地。外圍器件尺寸盡量小，可使用0402規(guī)格阻容器件。如果使用PCB天線，為了減少板材對PCB天線的影響，使天線獲得最佳性能，可以采用RF4板材，板材介電常數(shù)為4.5，厚度為1 mm，敷銅厚度為0.35μm。無線測試模塊PCB制作無特殊要求。

　　4 定位節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計

　　無線傳感器定位網(wǎng)絡(luò)中存在3種功能類型的節(jié)點(diǎn)，分別為網(wǎng)關(guān)(協(xié)調(diào)器)、參考節(jié)點(diǎn)(路由器)和盲節(jié)點(diǎn)(終端)。網(wǎng)關(guān)在整個系統(tǒng)中有著至關(guān)重要的作用，首先它要接收上位機(jī)發(fā)出的命令，開啟網(wǎng)絡(luò)，等待其他類型節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)，其次還要接收各節(jié)點(diǎn)反饋的有效數(shù)據(jù)并傳輸給上位機(jī)軟件處理。參考節(jié)點(diǎn)是一類靜止的已知自身位置的節(jié)點(diǎn)，它的任務(wù)是接收帶RSSI(Received Signal Strength Indicator)值的信息包并計算RSSI平均值，最終在盲節(jié)點(diǎn)打包各RSSI平均值后，將其發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，傳回上位機(jī)監(jiān)控軟件處理。盲節(jié)點(diǎn)是一類可移動的節(jié)點(diǎn)，可在參考節(jié)點(diǎn)包圍的區(qū)域內(nèi)任意移動。盲節(jié)點(diǎn)向周圍空間廣播RSSI簇，并接收一跳范圍內(nèi)的參考節(jié)點(diǎn)平均RSSI值，打包收到的各平均RSSI值后，無線發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。圖3為整體傳感器網(wǎng)絡(luò)定位通信流程。

　　圖3 感器網(wǎng)絡(luò)定位通信網(wǎng)流程

　　考慮到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)除了組網(wǎng)和串口通信功能外，它可以作為參考節(jié)點(diǎn)使用，故只需要編寫兩種節(jié)點(diǎn)程序即可。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)特有的功能用虛線標(biāo)出。各類節(jié)點(diǎn)工作流程如圖4和圖5所示。

　　圖4 盲節(jié)定點(diǎn)位流程

　　圖5 網(wǎng)關(guān)節(jié)定點(diǎn)位流程

　　5 上位機(jī)軟件設(shè)計

　　5.1 上位機(jī)功能及其實(shí)現(xiàn)

　　無線傳感器定位系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控軟件中，與定位相關(guān)的功能主要包括2大類：定位工程管理和定位信息處理。定位工程管理完成加載定位區(qū)域示意圖和配置參考節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)信息功能。定位信息處理完成參數(shù)采集、數(shù)據(jù)處理功能。具體來說，定位工程管理需要包括以下3方面：1)加載定位區(qū)域平面圖，用戶為特定定位場景自行選擇bmp、jpg、gif等格式的定位區(qū)域示意圖;2)配置參考節(jié)點(diǎn)信息，用戶自行配置參考節(jié)點(diǎn)并在工程中設(shè)置參考點(diǎn)號，在定位區(qū)域示意圖中標(biāo)示參考節(jié)點(diǎn)位置;3)保存和修改工程，隨時保存和修改工程信息。而定位信息處理包括2個方面：1)提供PC和協(xié)調(diào)器間接口，通常使用串口與協(xié)調(diào)器進(jìn)行通信，PC機(jī)向下發(fā)送命令信息，協(xié)調(diào)器向上讀取數(shù)據(jù)。2)區(qū)域定位，根據(jù)從參考節(jié)點(diǎn)讀出的信息進(jìn)行定位并顯示和保存定位結(jié)果。