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无线传感器网络节点定位在STM32W上的实现

作　者: 曹鑫
导　师: 雷斌
学　校: 西安工业大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 无线传感器网络接收信号强度指示节点定位加权质心定位锚节点
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)在军事国防、环境监测、智能家居等监测领域有着广阔的应用前景。对于监测系统来说,传感器采集到的数据必须结合具体的位置信息才有实际的意义,但是在实际应用中,随机分布的传感器节点或者移动的传感器节点事先无法知道自己的位置,因此,无线传感器网络需要采用一定的方法实现节点的自定位,为整个系统实现精确的数据采集奠定基础。课题所设计的定位系统采用基于RSSI(接收信号强度指示)的加权质心定位算法,实现了无线传感器网络中的未知节点自定位。论文从节点设计入手进行阐述,首先介绍了节点的硬件设计。本设计以ST公司最新推出的性能强大且外围电路设计方便的射频SOC-STM32W108为主控,进行了SD卡接口等外围硬件设计及其驱动程序设计,并基于STM32W108内嵌的EmberZNet协议栈进行了组网设计；其次在定位算法方面,论文通过仔细研究基于测距定位和不基于测距定位两类定位算法的原理,并进行对比和分析,选择了基于RSSI的加权质心定位算法。该算法使用测得的RSSI值确定质心定位中坐标计算的加权因子,合理体现了不同的锚节点对定位未知节点的约束力,提高了质心定位算法的精度又无需增加额外的硬件,且通信开销较小；最后进行了节点定位软件设计,此处设计采用了未知节点首先获取周围锚节点信息,然后在其加入网络后将所获取锚节点信息发送给中心节点,在中心节点上进行定位计算的设计思路,将定位实现过程结合在组建ZigBee网络之中,降低了通信开销,且实现方便。通过测试表明,论文设计的节点定位系统能够实现无线传感器网络节点的自定位,且在空旷区域具有较高的定位精度。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
1 绪论  9-18
  1.1 课题的研究背景  9
  1.2 无线传感器网络概述  9-14
    1.2.1 无线传感器网络发展历程  9-10
    1.2.2 无线传感器网络的体系结构  10-12
    1.2.3 无线传感器网络的特点  12-13
    1.2.4 无线传感器网络的应用领域  13-14
  1.3 无线传感器网络节点定位的研究意义  14-15
  1.4 国内外研究现状  15-16
    1.4.1 无线传感器网络研究现状  15
    1.4.2 无线传感器网络节点定位技术研究现状  15-16
  1.5 论文的主要研究内容和组织结构  16-18
    1.5.1 主要研究内容  16
    1.5.2 论文组织结构  16-18
2 定位系统整体设计  18-23
  2.1 星云测控系统简介  18
  2.2 定位系统的设计方案  18-19
  2.3 节点硬件设计方案  19-23
    2.3.1 节点设计方案选择  19-20
    2.3.2 微处理器的选择  20-21
    2.3.3 STM32W108简介  21-23
3 定位系统节点设计  23-42
  3.1 节点硬件设计  23-29
    3.1.1 处理器模块  23-24
    3.1.2 存储器模块  24-25
    3.1.3 蓝牙模块  25-26
    3.1.4 电源模块  26-27
    3.1.5 传感器板接口设计  27
    3.1.6 其余电路设计  27-29
  3.2 节点软件设计  29-42
    3.2.1 电源监测  30-31
    3.2.2 SD卡驱动程序  31-36
    3.2.3 蓝牙模块的配置  36-37
    3.2.4 组建ZigBee网络  37-42
4 节点定位技术设计  42-54
  4.1 定位算法分类  42-43
  4.2 基于测距的定位算法  43-48
    4.2.1 测距技术  43-45
    4.2.2 基于距离的定位算法  45-48
  4.3 不基于测距的定位算法  48-50
    4.3.1 质心定位算法  48-49
    4.3.2 DV-Hop定位算法  49
    4.3.3 Amorphous定位  49
    4.3.4 APIT定位算法  49-50
  4.4 定位算法的比较  50-52
    4.4.1 定位算法的评价标准  50-51
    4.4.2 算法比较  51-52
    4.4.3 定位算法的选取  52
  4.5 基于RSSI测距的质心定位原理  52-54
    4.5.1 无线信号衰减理论模型  52-53
    4.5.2 基于RSSI测距的加权质心定位原理  53-54
5 定位系统的设计与实现  54-68
  5.1 无线信道衰减模型的建立  54-56
    5.1.1 A值的测试  54-55
    5.1.2 n值的确定  55-56
    5.1.3 系统模型的建立  56
  5.2 定位系统工作流程  56-57
    5.2.1 定位系统的实现方式  56-57
    5.2.2 工作流程  57
  5.3 节点定位的具体实现过程  57-64
    5.3.1 锚节点广播  57-59
    5.3.2 未知节点获取锚节点信息  59-60
    5.3.3 组建ZigBee网络  60-62
    5.3.4 未知节点上传数据  62-64
    5.3.5 定位计算  64
  5.4 定位系统测试  64-68
6 结论  68-71
  6.1 结论  68
  6.2 展望  68-71
参考文献  71-74
攻读硕士学位期间发表的论文  74-75
致谢  75-77

无线传感器网络节点定位在STM32W上的实现

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