無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的室內定位節點(diǎn)設計
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公共安全領(lǐng)域內，室內定位技術(shù)在羈押場(chǎng)所預警監控、取保候審、監視居住，以及緊急情況救援與救災應急指揮調度等應用中具備良好的應用前景。ZigBee技術(shù)是一種基于IEEE 802．15．4標準的低復雜度、低功耗、低成本的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，具有自組網(wǎng)、低延遲、可實(shí)現128位的AES加密和組網(wǎng)方式靈活等特性，非常適合用于室內定位技術(shù)的應用需求?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/ZigBee">ZigBee技術(shù)的室內定位系統，具有成本低、節點(diǎn)續航時(shí)間長(cháng)、自組網(wǎng)方便靈活、便于快速部署和安全性較高等優(yōu)點(diǎn)。
1 基于ZigBee的室內定位節點(diǎn)簡(jiǎn)述
基于ZigBee的定位網(wǎng)絡(luò )是一個(gè)WSN網(wǎng)絡(luò )(Wireless Sensor Network，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò ))，為定位應用系統提供定位特征信息及節點(diǎn)狀態(tài)報警信息，由網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器、參考節點(diǎn)和盲節點(diǎn)組成。定位算法需要至少3個(gè)參考節點(diǎn)對1個(gè)盲節點(diǎn)進(jìn)行定位。定位網(wǎng)絡(luò )結構圖如圖1所示。
定位網(wǎng)絡(luò )中，ZigBee網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器承擔著(zhù)ZigBee網(wǎng)絡(luò )的發(fā)起和管理功能。ZigBee網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器匯集定位網(wǎng)絡(luò )內所有參考節點(diǎn)產(chǎn)生的定位信息，并將定位信息發(fā)送給應用系統。
參考節點(diǎn)固定布置在定位區域范圍內的特定位置上，接收盲節點(diǎn)發(fā)送的特征信息數據信號，并提取出該信號的場(chǎng)強特征信息，即RSSI(Re ceived Signal Strength Indication，接收信號強度指示)值。參考節點(diǎn)將其自身的特征信息和盲節點(diǎn)的特征信息數據、RSSI值打包生成定位信息，通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò )發(fā)送給ZigBee網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器。參考節點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò )中的路由節點(diǎn)。
盲節點(diǎn)佩戴或安裝在被定位人員或物品上，周期性地通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò )廣播發(fā)送自身的特征信息數據。盲節點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò )中的終端節點(diǎn)。
參考節點(diǎn)與盲節點(diǎn)使用相同的硬件，通過(guò)下載參考節點(diǎn)或是盲節點(diǎn)的應用程序，實(shí)現參考節點(diǎn)或盲節點(diǎn)的功能。本文所述定位節點(diǎn)包括參考節點(diǎn)和肓節點(diǎn)。
2 基于ZigBee的室內定位節點(diǎn)硬件設計
基于ZigBee的室內定位節點(diǎn)硬件電路主要由CC2530主控電路、射頻前端電路、電源模塊、加速度傳感器電路等部分組成。
2．1 CC2530主控電路設計
本文選擇TI公司的CC2530為核心來(lái)設計節點(diǎn)。CC2530是一款低成本、低功耗、高集成度的ZigBee協(xié)議SoC解決方案，工作在2．4 GHz ISM頻段。CC2530內部集成有射頻收發(fā)器、增強型8051核MCU、豐富的片上存儲器和外圍接口資源，能夠為ZigBee協(xié)議棧及應用軟件提供有力的支持。CC2530功耗低，在以1 dBm功率發(fā)射時(shí)，電流消耗為29 mA；接收時(shí)，電流為24 mA。CC2530支持多種低功率工作模式(空閑模式和休眠模式等)，休眠模式切換到主動(dòng)模式的超短時(shí)間特性使節能設計更方便，特別適合要求電池壽命長(cháng)的應用。
節點(diǎn)以CC2530芯片為核心，配合軟件優(yōu)化，在實(shí)現節點(diǎn)功能的同時(shí)，能夠有效節省功耗、減少體積和BOM成本。主控電路的原理圖如圖2所示。
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