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基于ZigBee网络的运动物体定位跟踪研究

作　者: 陈顺超
导　师: 彭刚
学　校: 华中科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: ZigBee技术无线定位定位算法 CC2431
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 83次
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内容摘要

近年来短距离室内无线定位受到广泛的关注,各种相应的定位方式也不断出现。但是由于不同的应用、功耗、干扰和通信成本等原因,室内定位技术还有待进一步的研究完善。刚刚推出的ZigBee技术以其价格低、功耗低等特点在市场上占有一定的优势。有很多公司都相继推出了基于ZigBee技术的无线定位解决方案。2007年7月,德州仪器(TI)宣布推出业界首款带硬件定位引擎的片上系统(SoC)解决方案CC2431。该芯片的出现使得定位算法可以通过硬件来完成,实现了ZigBee定位技术的飞跃。此后,基于CC2431商品化的定位系统大量涌现。本文对无线传感器网络的体系结构和TI Z-stack协议栈架构进行了详细的分析和研究。首先重点介绍基于信号强度值测距的方法以及模型的建立;然后利用MATLAB软件计算实现三边测量法和极大似然估计法两种定位算法仿真;接着,研究设计一个基于CC2430/CC2431芯片节点的定位系统并在硬件基础上开发出各类节点的软件,同时在PC机上利用VC++ 6.0环境开发上位机监控软件,实现了可视化无线配置各节点参数并且实时动态监控各个节点的状态;最后分别针对室外环境和室内环境进行参数的测量和设定,在两个不同环境下进行运动目标的定位跟踪测试,给出室外理想环境实际测量坐标值和基于两种定位算法的MATLAB仿真结果对比,同时利用上位机无线定位软件对室内和室外定位过程进行了监控。通过实际系统测量表明,本系统设计的基于CC2431的分布式定位方法具有算法简单、实时性好的特点,定位精度达到1米。满足定位系统的低成本、低功耗及易于实现的要求。最后,对本文所做工作的给出总结,提出了不足之处并对未来的研究方向进行了展望。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-17
  1.1 引言  9-10
  1.2 无线传感器网络定位算法分类  10-13
  1.3 无线定位系统国内外研究现状  13-15
  1.4 无线定位发展趋势  15
  1.5 本文主要研究的内容  15-17
2 基于IEEE 802.15.4 的ZigBee 技术  17-27
  2.1 IEEE 802.15.4 标准和ZigBee 协议相关规范  17-21
  2.2 ZigBee 网络的拓扑结构和组网流程  21-25
  2.3 ZigBee 术语  25-27
3 定位系统相关理论  27-38
  3.1 基于RSSI 和LQI 的距离估算法  27-29
  3.2 CC2431 片上硬件定位引擎  29-32
  3.3 定位系统原理  32-34
  3.4 Z-stack 协议栈开发  34-38
4 几种基于RSSI 测距的定位算法仿真研究  38-44
  4.1 三种基于RSSI 测距的定位算法  38-41
  4.2 三边测量法和极大似然估计法的MATLAB 仿真  41-44
5 基于ZigBee 网络的运动物体定位系统开发  44-62
  5.1 无线定位系统总体结构图  44-46
  5.2 二维室内无线定位系统硬件结构  46-53
  5.3 二维室内无线定位系统软件设计  53-62
6 系统调试、测试与分析比较  62-78
  6.1 系统开发环境与调试工具  62-63
  6.2 定位系统实验参数设定与分析  63-65
  6.3 室外无线定位系统实验测试  65-71
  6.4 室外测量与基于室外测量的仿真结果对比与分析  71-72
  6.5 室内无线定位系统实验测试  72-78
7 总结与展望  78-80
  7.1 总结  78-79
  7.2 展望  79-80
致谢  80-81
参考文献  81-85
附录：攻读硕士期间发表的论文  85

基于ZigBee网络的运动物体定位跟踪研究

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