基于ZigBee的无线传感器网络定位研究与实现

发布时间：2020-06-06 04:13

【摘要】：随着物联网、通信等相关技术的发展,无线传感器网络技术日益完善,应用领域不断扩展,而定位技术一直是无线传感器网络的研究重点和难点,选取合适的定位算法,提高定位精度,获取精确的位置数据是关键。本文针对无线传感器网络定位技术中几种典型定位算法的优缺点进行了分析比较,提出基于RSSI算法的无线传感器网络定位研究,通过深入了解几种常用的短距离通信技术,确定ZigBee技术为节点的通信平台。针对RSSI定位过程及需要改进的地方,提出从定位全过程出发来分析:测距建模、RSSI值预处理、测量距离修正、锚节点选择及权值选取。通过分析几种常见的测距模型,综合考虑环境噪声和路径衰减指数误差,提出改进后的测距模型;分析比较了几种滤波方法,提出用Kalman滤波对RSSI值预处理;求出锚节点的测距误差,将其用于修正相应的测量距离、作为参与定位锚节点的选取条件以及用作加权Centriod算法中权值的改进。针对稀疏锚节点的RSSI定位问题,提出使用PSO算法在可行域空间寻求最优解─满足定位精度的未知节点坐标,并在此基础上,分析并改进了PSO算法中的惯性权重和适应度函数值。针对改进算法分别采用MATLAB进行了详细的仿真验证,通过改进前后及与其他算法的比较分析,两种改进算法的定位精度都得到有效提升。最后,针对节点定位的实际需求,结合改进算法,设计了基于ZigBee的WSN定位系统,分析了系统功能及要求,搭建了系统总体框架,提出了节点软硬件设计方案,在深入研究CC2530芯片和Z-Stack协议栈的基础上,详细设计了节点硬件模块电路和软件实现主程序流程。图[59]表[13]参[64]
【图文】：

框图,外接,硬件需求,底板

69图 42 CC2530 功能框图Fig.42 Function block diagram of CC2530 基于 CC2530 的节点电路设计从以上对 CC2530 的分析可以看出，该芯片功能强大，，能够充分支持改进硬件需求。本文基于 CC2530 的节点硬件采用底板+核心板模块设计，其中为单独设计电路，有 ZigBee 主芯片和无线射频收发端，其模块组成框图如示；底板部分主要提供便于调试和外接模块的 CC2530 I/O 接口、外接 5V口、电压转换模块、各种传感器接口、USB 转串口转换芯片、仿真器下载口、OLED 接口、指示灯、按键等，如图 44 所示。

设计图,实物,硬件,节点

5 基于 ZigBee 的 WSN 定位系统设计图 50 显示屏接口电路Fig.50 Interface Circuit of display核心板和底板模块的电路设计使用 Altium Designer（A理图和 PCB 图，最终 ZigBee 节点的硬件实物图如图 51 度高、体积小且从上面分析可知节点功耗低、功能丰富、处SN 节点设计要求。
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN92;TP212.9

【参考文献】