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基于ZigBee无线传感网络的定位系统

作　者: 张宏坤
导　师: 赵永瑞
学　校: 中国石油大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 无线传感器网络 ZigBee 定位算法 MC13213
分类号: TN95
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


作为一种新型的信息获取技术,无线传感器网络在灾难预警与救援、工业设备控制与管理、危险区域远程控制等多个领域都具有较大的实用价值。但在一些情况,如火灾监测报警,管道泄漏点定位等,采集的传感数据必须结合其位置信息才具有实际利用价值,因而,节点定位成为无线传感器网络某些实际应用的基础。近年来,国内外已经提出了一些定位方法和系统,但各种算法通常只适用于某些应用场景。ZigBee是一种基于IEEE 802.15.4标准的短距离无线通信技术,根据其低速率、低功耗的技术特点,ZigBee技术主要适合于数据吞吐量较小、设备比较分散的工业控制、仪表自动化等方面的应用。本文主要研究基于距离测量的节点定位算法,在分析典型定位算法的基础上,设计一种基于距离测量的分步加权式定位算法,实现自然环境下节点的静态定位。论文首先通过对无线传感器网络节点定位方法、ZigBee协议的结构特点进行分析,确定采用基于RSSI的测距方法,分析RSSI测距的理论模型,通过试验对射频天线方位、周围环境物体等不稳定因素对接收信号强度值的影响进行分析,在实际RSSI值测量统计的基础上,采用最小二乘拟合法,建立RSSI测距的定量关系式,确定本文RSSI测距的有效范围。通过对MLE法、DV-Hop、APIT等典型算法的分析,考虑节点间距和信标节点分布对定位结果的影响,结合最小二乘法和质心法,设计一种基于距离测量的分步加权式定位算法,通过MATLAB仿真实验分析信标节点密度、测距误差对定位结果的影响,该算法仿真定位误差较小,波动较小。在此基础上,本文选用MC13213作为核心芯片,进行节点设备基本系统电路和外围接口电路的设计,然后采用BeeKit和CodeWarrior开发软件,进行节点软件设计,通过实验测试本文定位算法。经过结果分析,该算法受RSSI测距误差影响较大,可以实现节点的粗定位。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-17
  1.1 无线传感器网络概述  9-11
  1.2 无线传感器节点定位技术  11-15
  1.3 本课题主要内容及意义  15-17
    1.3.1 课题意义  15
    1.3.2 课题主要内容  15-17
第二章 ZigBee 技术及应用简述  17-23
  2.1 ZigBee 起源与发展  17
  2.2 ZigBee 协议栈简析  17-20
  2.3 ZigBee 在工业领域的应用  20-22
  2.4 本章小结  22-23
第三章 RSSI/LQI 测距分析  23-32
  3.1 路径损耗模型  23-24
  3.2 影响因素分析  24-26
  3.3 测距模型  26-30
  3.4 本章小结  30-32
第四章 算法分析及仿真  32-48
  4.1 典型算法分析  32-42
    4.1.1 MLE 法  33-35
    4.1.2 Bounding Box  35-37
    4.1.3 Centroid  37-38
    4.1.4 DV-Hop  38-40
    4.1.5 APIT  40-42
  4.2 算法改进方案  42-47
  4.3 本章小结  47-48
第五章 硬件设计  48-56
  5.1 硬件整体结构  48-49
  5.2 基本系统电路设计  49-52
    5.2.1 电源电路  49-51
    5.2.2 时钟电路  51
    5.2.3 BDM 调试接口及复位电路  51-52
  5.3 外围接口电路设计  52-55
    5.3.1 射频电路  52-53
    5.3.2 USB 接口  53-54
    5.3.3 EEPROM  54-55
  5.4 本章小结  55-56
第六章 软件设计  56-68
  6.1 软件开发环境  56-57
  6.2 程序设计  57-67
    6.2.1 MCU 与Modem 的SPI 通信  57-59
    6.2.2 MC13213 的低功耗模式  59-60
    6.2.3 网络功能的实现  60-64
    6.2.4 主程序设计  64-67
  6.3 本章小结  67-68
第七章 系统调试及低功耗设计  68-74
  7.1 系统调试  68-72
  7.2 低功耗设计实现  72-73
  7.3 本章小结  73-74
结论  74-76
参考文献  76-80
攻读硕士学位期间取得的学术成果  80-81
致谢  81-82
附录  82-86

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 雷达
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