基于ZigBee的群组定位与环境监测设计

发布时间：2017-10-07 05:03

  本文关键词：基于ZigBee的群组定位与环境监测设计

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【摘要】：无线传感网络技术在近几年取得了较快的发展,ZigBee是一种重要的无线传感技术,其具有低功耗、低速率、自组网、成本低等特点。ZigBee技术可以广泛应用于环境监测、工农业自动化、楼宇自动化、物体定位、医疗护理、消费类电子等领域。无线定位与环境监测是ZigBee技术的重要应用,目前很多研究机构进行研究,并取得了一定的成果。本文针对该应用背景进行研究,对基于ZigBee的群组进行定位和环境变量监测的研究。本文制定以下方案：建立基于ZigBee的无线传感网络,利用信号衰减特性,获知群组中各节点之间的距离,LabVIEW上位机软件编写定位算法得到各节点的位置信息并显示和控制,同时也采集了环境参数。该系统完成了基于ZigBee的群组定位与环境监测的软硬件设计。硬件方面设计了ZigBee模块,包括电源部分、天线仿真、串口通信模块、传感器模块。软件方面完成了节点组网、RSSI(接收信号强度指示)汇总到电脑。LabVIEW上位机软件将任意两个节点之间的RSSI处理为距离信息,根据定位算法得到群组节点的相对位置信息。位置信息可以在坐标系中形象地显示,上位机可以对节点进行控制。温湿度、红外、可燃性气体等传感器数据也可以在上位机上显示与报警。最后搭建了基于ZigBee的群组定位与环境监测的实验系统,验证了网络数据传输的可靠性和稳定性,探究了信号衰减特性,验证了定位算法的有效性,验证了传感器参数的准确和实时性。研究结果表明,该设计性能达到了预期,对进一步研究基于ZigBee的群组定位与环境监测具有一定的参考意义。
【关键词】：ZigBee 接收信号强度指示 动态参考点 定位
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN92;TP212.9;TP274
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-12
• 1.1 群组定位与环境监测系统研究背景与意义8-9
• 1.2 本课题在国内外的研究现状9-10
• 1.3 论文主要内容与结构安排10-11
• 1.3.1 论文的主要研究内容10-11
• 1.3.2 论文结构11
• 1.4 本章小结11-12
• 2 基于ZigBee的群组定位与环境监测系统总体设计方案12-15
• 2.1 基于ZigBee的定位系统的原理12
• 2.2 无线定位系统的性能要求12
• 2.3 总体设计方案结构12-14
• 2.4 本章小结14-15
• 3 基于ZigBee的群组定位与环境监测方法15-28
• 3.1 基于ZigBee的无线传感网络的构建15-19
• 3.1.1 ZigBee技术介绍15
• 3.1.2 ZigBee协议框架15-19
• 3.1.3 ZigBee硬件方案选取19
• 3.2 定位算法研究19-20
• 3.2.1 定位算法分类19
• 3.2.2 测距技术分析19-20
• 3.3 信号衰减特性研究20-22
• 3.3.1 自由空间无线电模型20
• 3.3.2 双线地面模型20-21
• 3.3.3 对数距离模型21-22
• 3.4 计算节点位置的基本方法22-25
• 3.4.1 三边测量法22-23
• 3.4.2 三角测量法23
• 3.4.3 极大似然估计法23-24
• 3.4.4 空间定位算法24-25
• 3.5 群组周边环境变量采集研究25
• 3.5.1 红外监测25
• 3.5.2 温湿度监测25
• 3.5.3 可燃性气体监测25
• 3.6 ZigBee无线传感网络的可靠性和安全性研究25-26
• 3.7 本章小结26-28
• 4 系统硬件平台设计28-38
• 4.1 ZigBee最小系统28-30
• 4.1.1 电源系统设计28-29
• 4.1.2 时钟电路29-30
• 4.1.3 ZigBee芯片选型30
• 4.1.4 复位电路30
• 4.2 串口电路设计30-31
• 4.3 仿真接口31-32
• 4.4 天线设计32
• 4.5 传感器模块设计32-37
• 4.5.1 红外传感器节点设计32-33
• 4.5.2 温湿度传感器33-35
• 4.5.3 可燃气体传感器35-37
• 4.6 GSM报警模块设计37
• 4.7 本章小结37-38
• 5 系统软件平台设计38-59
• 5.1 ZigBee无线网络的软件设计38-44
• 5.1.1 ZigBee软件集成开发环境介绍38-39
• 5.1.2 协议栈的移植39-40
• 5.1.3 OSAL操作系统40-41
• 5.1.4 ZigBee无线网络组网流程41-44
• 5.1.5 ZigBee网络地址分配机制44
• 5.2 ZigBee网络协调器软件设计44-47
• 5.2.1 协调器周期性发送数据45-46
• 5.2.2 协调器收集RSSI数据46
• 5.2.3 协调器发送RSSI数据到上位机46-47
• 5.3 ZigBee网络路由器软件设计47-48
• 5.3.1 路由器接收RSSI并存储47
• 5.3.2 路由器传送RSS到协调器47-48
• 5.4 基于LabVIEW的上位机软件设计48-58
• 5.4.1 登陆系统设计49-51
• 5.4.2 群组定位系统设计51-55
• 5.4.3 环境监测设计55-57
• 5.4.4 WEB远程监控57-58
• 5.5 本章小结58-59
• 6 系统实验与分析59-69
• 6.1 登录系统测试59
• 6.2 基于ZigBee的群组定位系统测试59-63
• 6.2.1 信号衰减规律实验和探究59-62
• 6.2.2 组网验证与多节点RSSI数据采集测试62-63
• 6.2.3 空间定位算法验证63
• 6.3 环境监测系统测试63-66
• 6.4 GSM报警模块测试66
• 6.5 系统总体性能测试66-67
• 6.6 本章小结67-69
• 7 总结与展望69-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-75
• 附录75-78

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2 黄克安;双星快速定位系统及提高定位精度的途径[J];电讯技术;1991年02期

3 姚克辛;;如何检测光绘机的定位精度[J];印制电路信息;1999年07期

4 滕云龙;陈小平;唐应辉;;提高GPS定位精度的改进卡尔曼滤波算法研究[J];现代电子技术;2008年03期

5 王宁宁;GPS定位精度的探讨[J];信息工程学院学报;1996年03期

6 何其畏;高利;;GPS定位精度的提高及其应用[J];微计算机信息;2006年13期

7 杨俊峰;;时差定位模型与定位精度分析[J];电子测试;2013年Z2期

8 刘秀芳;刘佳音;洪文;;星载SAR图像的定位精度分析研究[J];遥感学报;2006年01期

9 丁伟;;涡轮增压版GPS来临[J];微电脑世界;2006年07期

10 朱丽梅;邱雪君;;多径效应对GPS定位精度的影响及应对分析[J];计算机光盘软件与应用;2013年19期

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1 张淑芳;袁安存;;一种以自主方式提高GPS定位精度的方法[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展（上册）[C];1999年

2 吴必军;方小军;;特殊事件下单频GPS定位精度分析[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第十二次学术会议论文集[C];1999年

3 马启明;顾永丰;涂远琴;;测量雷电回击波形提高回击定位精度[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第十二次学术会议论文集[C];1999年

4 刘义范;;GPS定位精度检验及误差表示的转换关系[A];吉林省测绘学会2008年学术年会论文集（上）[C];2008年

5 杨庆岩;赵起文;张百安;马骏;;伪距差分GPS定位精度试验及分析[A];船舶通信与导航（1995）[C];1995年

6 王景泉;宋智;;美国导航定位卫星的发展——仍围绕GPS政策为焦点[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第十一次学术会议论文集[C];1998年

7 夏小静;许东;赵剡;;基于统计的卫星导航系统定位精度工程应用方法[A];第六届全国信息获取与处理学术会议论文集（1）[C];2008年

8 苏冉冉;张雷;马民;曹纪东;;少量差分站提高RDSS定位精度方法[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年

9 丁克良;童小华;郑德华;;上海市移动终端GPS定位覆盖率与可靠性分析[A];中国地理信息系统协会第八届年会论文集[C];2004年

10 洪大永;;简易的差分GPS方案[A];船舶通信导航学术会议（1993）论文集[C];1993年

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1 记者 白洁;资源三号卫星定位精度达到国际先进水平[N];中国测绘报;2013年

2 实习生 魏伟;今天你被“跟踪”了没？[N];科技日报;2011年

3 本报记者 吴晓菁　通讯员 王夏儿 江春发;使用便捷 定位精度高[N];厦门日报;2010年

4 山西焦煤西山煤电西曲矿 李东红;手持GPS定位精度研究[N];山西科技报;2010年

5 杨波;信息融合推进导航应用[N];中国计算机报;2007年

6 周晓娟;移动定位,各有千秋[N];通信产业报;2006年

7 ;U-MAX下的定位之星业务[N];通信产业报;2003年

8 《计算机世界》评测实验室 秦钢;高性价比GPS[N];计算机世界;2007年

9 本报记者 鲁扬;刘建军：精确测量 准确定位[N];中华建筑报;2007年

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1 苗慧;机载SAR定位精度的研究[D];中国科学院研究生院（电子学研究所）;2007年

2 田世君;高灵敏度GPS定位及组合导航技术研究[D];电子科技大学;2009年

3 张光普;导航定位通信一体化系统总体技术研究[D];哈尔滨工程大学;2008年

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1 徐兆文;基于ZigBee的群组定位与环境监测设计[D];南京理工大学;2015年

2 张超;基于GPS/BDS的移动目标定位追踪系统的研究与设计[D];苏州大学;2015年

3 杨洲;基于UWB/MEMS的高精度室内定位技术研究[D];中国矿业大学;2015年

4 金兆飞;无人机光电成像平台目标定位精度分析与提高[D];南京航空航天大学;2014年

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6 夏向兰;VANET中车辆间的协作精准定位技术研究[D];南京邮电大学;2015年

7 孙逊;基于ZUPT的宇航员月面导航定位方法研究[D];河南大学;2015年

8 张威;基于GSM频谱的城市车辆相互定位[D];上海交通大学;2015年

9 梁辰;地震数据采集站集成GPS定位精度研究[D];河北地质大学;2016年

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本文编号：987026