无线传感器网络中节点定位和机器人导航技术研究及应用

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sunna2005
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无线传感器网络的研究涉及无线通讯技术、嵌入式计算机技术、微电子技术、智能控制技术、现代传感器技术等多个学科,在环境监测、智能家居、现代农业等许多领域都有广泛的虑用前景和潜在的应用价值。本文利用无线传感器网络实现了一个福利院老人身体状况监测系统和一个废墟搜救机器人无线通讯系统,在实现上述系统的过程中,围绕无线传感器网络的硬件平台、节点定位技术和网络中机器人的导航方法开展了相关研究,主要研究工作包括:   第一,对无线传感器网络的结构、特点和目前的研究热点与现状进行了阐述,对无线传感器节点的硬件组成结构及其特点进行了介绍。在对一些现有的典型传感器节点进行分析的基础上,本文设计了一款结构简单、成本低廉的传感器节点,节点包含处理器模块、无线射频模块、传感器模块和能量供应模块,各模块之间可以根据实际应用环境进行组合,最大程度地实现了节点硬件模块的复用性,降低了节点成本。   第二,设计了一套基于无线传感器网络的老年人身体状况监测系统,实现了对于老人体温、血压、脉搏以及是否倾倒等信息的实时监测。在该系统中,本文提出了一种基于节点ID的路由协议,并解决了移动节点在各子区域问运动时动态加入和退出网络的问题。   第三,针对上述老年人身体状况监测系统中需要对倾倒和请求帮助的老人进行定位的问题,本文提出了一种基于节点动态发射功率的室内定位算法。该方法通过动态调节目标节点的发射功率,然后收集分析各信标节点的应答信息,实现对目标节点位置的估计。使用这种方法不需要增加额外的硬件设备,避免了对测距信息的要求,其有效性通过仿真和实际实验结果得以验证。   第四,设计了一个利用传感器节点在废墟搜救机器人和控制中心之间建立无线通讯链路的应用系统,提出了一种在无线传感器网络中基于接收信号强度(Received SignalStrength Indicator,RSSI)的机器人导航算法。该方法利用移动节点和导航节点之间的RSSI信息计算机器人的旋转角度和运动速度,引导机器人从初始位置沿着导航节点运动到目标位置。仿真结果表明,应用这种方法能够花费较少的时间实现机器人的导航,并且得到的导航路径与理想路径非常接近。
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