無線防盜系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計(jì)
網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)即無線定位系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器,由CC2530模塊和HFZ-SmartRF07EB組成,通過串行口RS232與PC相連。首先它接收監(jiān)控軟件提供的各個(gè)參考節(jié)點(diǎn)和定位節(jié)點(diǎn)的配置數(shù)據(jù),并發(fā)送給相應(yīng)的節(jié)點(diǎn);其次,接收各個(gè)節(jié)點(diǎn)反饋的有效數(shù)據(jù),并將其傳輸給監(jiān)管軟件。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/263370.htm參考節(jié)點(diǎn)是無線定位系統(tǒng)中已知坐標(biāo)的靜態(tài)節(jié)點(diǎn),是ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的路由器,由3.7V鋰電池與CC2530模塊組成。
定位節(jié)點(diǎn)是無線定位系統(tǒng)中的移動(dòng)節(jié)點(diǎn),由CC2530與電源模塊組成,它是ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由器。通過處理參考節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息包來計(jì)算自身的RSSI值。
1.1.1 RSSI測距原理
文獻(xiàn)[4]提出RSSI和無線信號傳輸距離之間有確定的關(guān)系。RSSI定位技術(shù)是根據(jù)信號強(qiáng)度在傳輸過程中的衰減程度來估算節(jié)點(diǎn)間的距離[5]。普遍采用的理論模型是Shadowing模型[6],由式(1)給出:
(1)
式(1)中:d-接收端與發(fā)射端之間的距離(m);
d0-參考距離,一般取1m;
pr(d0)-參考距離d0點(diǎn)對應(yīng)的接收信號功率(dBm);
n-路徑衰減指數(shù),與環(huán)境有關(guān)的值,一般取2~4;
XdBm-平均值為0的高斯隨機(jī)變量,反應(yīng)當(dāng)距離一定時(shí),接收信號功率的變化;
在本系統(tǒng)實(shí)際設(shè)計(jì)中,采用簡化的Shadowing模型,由式(1)可得出RSSI測距公式(2):
式(2)中A為信號傳輸1m遠(yuǎn)時(shí)接收信號的功率(單位dBm),d0=1m接收端與發(fā)送端之間的距離(單位m)。通過公式(2)算出發(fā)射節(jié)點(diǎn)與接收節(jié)點(diǎn)之間的距離d。
RSSI測距具有重復(fù)性和互換性,在應(yīng)用環(huán)境下,RSSI的變化有規(guī)律可循。這在無線測距調(diào)試過程中起到了關(guān)鍵的作用。
1.1.2 統(tǒng)計(jì)均值模型
利用RSSI測距時(shí),有三種處理RSSI數(shù)據(jù)的校正模型,分別為:統(tǒng)計(jì)均值模型、基于固定節(jié)點(diǎn)間距離的校正模型和高斯模型。
統(tǒng)計(jì)均值模型是指未知節(jié)點(diǎn)采集一組RSSI值,然后求出這些數(shù)據(jù)的均值,由式(3)給出:
可以通過調(diào)整m值來平衡精確性和實(shí)時(shí)性。m很大時(shí),可有效地解決定位數(shù)據(jù)的隨機(jī)性,但提高了通信成本。
1.2 硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)選擇ZigBee作為無線通信平臺,利用TI公司的CC2530無線收發(fā)芯片完成固定節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的無線通信及RSSI的收集。CC2530芯片內(nèi)部集成了2.4GHz的ZigBee射頻前端、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、低功耗的8051內(nèi)核MCU,集成IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)MAC收發(fā)器[7]。
接收主機(jī)為固定節(jié)點(diǎn)。物品上事先安裝的為移動(dòng)節(jié)點(diǎn),移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的尺寸為5.8cm×5.8cm。固定節(jié)點(diǎn)從CC2530接收的MAC層讀出芯片寄存器RSSI—VAL的值。通過收集移動(dòng)節(jié)點(diǎn)RSSI值,設(shè)定輸入?yún)?shù)A(通常取-35dBm)與n(通常取3.5),通過公式(1)(2)計(jì)算兩節(jié)點(diǎn)間的距離。定位估計(jì)算法需要3~8個(gè)參考節(jié)點(diǎn),計(jì)算節(jié)點(diǎn)位置耗時(shí)少于40ms。在無障礙環(huán)境下,測距范圍為100m,定位偏差低于2.5m,從而完成定位測距功能。
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