基于ZigBee的无线定位网络的研究与实现

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无线定位广泛应用在导航、测量、自动控制等多种领域,拥有广阔的应用前景。目前,以GPS为代表的卫星定位系统已经非常成熟,但在小范围或室内无线定位系统中,定位的精度、成本、能耗等方面还不能完全满足需求。近年来,新兴的ZigBee技术为无线定位注入了新的活力。ZigBee技术的低功耗、低成本、高扩展性的特点为构建无线定位系统提供一种很好的解决方案。本文以ZigBee技术为网络基础,完成了一种无线定位方案的设计与实现。该定位系统中有3种设备,分别为参考节点、控制器和需要求得其位置的移动节点。定位过程中使用的测量参数为接收信号强度指示RSSI。各设备中采用的ZigBee无线模块为TI公司生产的CC2430和CC2431,这两种芯片都直接支持RSSI技术。无线定位系统涉及到定位的测量参数、算法和通信这三种关键技术。本文首先讲解ZigBee通信部分,包括各种设备的通信过程、定位通信必须制定的规范、用到的消息格式以及交互流程等。然后,本文介绍了无线模块中使用的RSSI参数特性,并以CC2431的定位引擎进行定位计算为基础实现了一个定位系统,对该引擎在室内和室外环境中的定位性能进行了测试和分析。根据对定位引擎的性能测试结果,本系统对室内环境中的定位做了进一步的改进。在改进后的定位系统中,降低了墙体对定位带来的影响。最终完成的定位系统能实现:在低密度布网中,能进行0维定位即判断出移动节点所在的区域,也能进行1维定位即求得移动节点的一个坐标,从而得出它所处的位置区域;而在高密度布网中,能进行2维定位,判断出移动节点在平面中的准确位置。本文最后为进一步降低构建定位网络的成本和实现楼层空间内的定位提供了一种可能的解决方案。
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