無(wú)線(xiàn)防盜系統的開(kāi)發(fā)與設計
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網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)即無(wú)線(xiàn)定位系統的網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器，由CC2530模塊和HFZ-SmartRF07EB組成，通過(guò)串行口RS232與PC相連。首先它接收監控軟件提供的各個(gè)參考節點(diǎn)和定位節點(diǎn)的配置數據，并發(fā)送給相應的節點(diǎn);其次，接收各個(gè)節點(diǎn)反饋的有效數據，并將其傳輸給監管軟件。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/263370.htm參考節點(diǎn)是無(wú)線(xiàn)定位系統中已知坐標的靜態(tài)節點(diǎn)，是ZigBee網(wǎng)絡(luò )中的路由器，由3.7V鋰電池與CC2530模塊組成。
定位節點(diǎn)是無(wú)線(xiàn)定位系統中的移動(dòng)節點(diǎn)，由CC2530與電源模塊組成，它是ZigBee網(wǎng)絡(luò )的路由器。通過(guò)處理參考節點(diǎn)發(fā)送的信息包來(lái)計算自身的RSSI值。
1.1.1 RSSI測距原理
文獻[4]提出RSSI和無(wú)線(xiàn)信號傳輸距離之間有確定的關(guān)系。RSSI定位技術(shù)是根據信號強度在傳輸過(guò)程中的衰減程度來(lái)估算節點(diǎn)間的距離[5]。普遍采用的理論模型是Shadowing模型[6]，由式(1)給出：
(1)
式(1)中：d-接收端與發(fā)射端之間的距離(m);
d0-參考距離，一般取1m;
pr(d0)-參考距離d0點(diǎn)對應的接收信號功率(dBm);
n-路徑衰減指數，與環(huán)境有關(guān)的值，一般取2～4;
XdBm-平均值為0的高斯隨機變量，反應當距離一定時(shí)，接收信號功率的變化;
在本系統實(shí)際設計中，采用簡(jiǎn)化的Shadowing模型，由式(1)可得出RSSI測距公式(2)：
式(2)中A為信號傳輸1m遠時(shí)接收信號的功率(單位dBm)，d0=1m接收端與發(fā)送端之間的距離(單位m)。通過(guò)公式(2)算出發(fā)射節點(diǎn)與接收節點(diǎn)之間的距離d。
RSSI測距具有重復性和互換性，在應用環(huán)境下，RSSI的變化有規律可循。這在無(wú)線(xiàn)測距調試過(guò)程中起到了關(guān)鍵的作用。
1.1.2 統計均值模型
利用RSSI測距時(shí)，有三種處理RSSI數據的校正模型，分別為：統計均值模型、基于固定節點(diǎn)間距離的校正模型和高斯模型。
統計均值模型是指未知節點(diǎn)采集一組RSSI值，然后求出這些數據的均值，由式(3)給出：
可以通過(guò)調整m值來(lái)平衡精確性和實(shí)時(shí)性。m很大時(shí)，可有效地解決定位數據的隨機性，但提高了通信成本。
1.2 硬件設計
本系統選擇ZigBee作為無(wú)線(xiàn)通信平臺，利用TI公司的CC2530無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片完成固定節點(diǎn)與移動(dòng)節點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)通信及RSSI的收集。CC2530芯片內部集成了2.4GHz的ZigBee射頻前端、模數轉換器、低功耗的8051內核MCU，集成IEEE 802.15.4標準MAC收發(fā)器[7]。
接收主機為固定節點(diǎn)。物品上事先安裝的為移動(dòng)節點(diǎn)，移動(dòng)節點(diǎn)的尺寸為5.8cm×5.8cm。固定節點(diǎn)從CC2530接收的MAC層讀出芯片寄存器RSSI—VAL的值。通過(guò)收集移動(dòng)節點(diǎn)RSSI值，設定輸入參數A(通常取-35dBm)與n(通常取3.5)，通過(guò)公式(1)(2)計算兩節點(diǎn)間的距離。定位估計算法需要3～8個(gè)參考節點(diǎn)，計算節點(diǎn)位置耗時(shí)少于40ms。在無(wú)障礙環(huán)境下，測距范圍為100m，定位偏差低于2.5m，從而完成定位測距功能。
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