基于ZigBee無線傳感器網絡的室內定位系統(tǒng)研究與設計

朱寒 毛如夢 王炳偉

【摘要】隨著科學技術水平的提高，各種技術均有著較快的發(fā)展速度，其中嵌入式技術、無線通信技術、納米技術與智能傳感器技術均有著廣泛的應用，近幾年，無線傳感器網絡的研究日益深入，它與諸多的技術進行著融合，如計算機技術、網絡技術、設計技術與通訊技術等，在此基礎上，無線傳感器網絡具有了網絡化、系統(tǒng)化與集成化的特點。在此基礎上，本文研究了ZigBee無線傳感器網絡及ZigBee無線定位系統(tǒng)，旨在提高無線定位的可靠性、穩(wěn)定性與經濟性。

【關鍵詞】ZigBee 無線傳感器網絡 定位系統(tǒng) 設計

引言：日前，社會正處于信息時代，智能化與信息化是時代最為顯著的特點，為了滿足人們的無線定位需求，無線定位系統(tǒng)隨之出現，該系統(tǒng)結合了各種技術，主要有信息采集處理、網絡通訊技術、嵌入式軟硬件與無線數據傳輸等。隨著各項技術的發(fā)展，ZigBee無線傳感器網絡滿足了人們的室內定位需求，它具有諸多的優(yōu)點，如：可靠性、準確性、靈活性與高效性等。

一、ZigBee無線傳感器網絡的概況

1.1

ZigBee定位系統(tǒng)的設計

ZigBee無線傳感器網絡定位系統(tǒng)是由兩部分組成的，分別為ZigBee無線網絡定位系統(tǒng)與CAN總線數據傳輸系統(tǒng)。兩個系統(tǒng)均具有先進性，其網絡結構結合了有線與無線，有線部分主要承擔著傳輸數據的任務，無線部分主要承擔著采集數據的任務。無線傳感器網絡其設備的安裝十分便捷，此時的定位系統(tǒng)布線具有廣泛性與全面性，同時此系統(tǒng)具有可靠性、穩(wěn)定性與靈活性的特點。ZigBee無線傳感器網絡的設計要求如下：1、功耗低。在設計時，首先要解決的問題便是無線傳感器網絡節(jié)點的功耗問題，該網絡的節(jié)點具有眾多的數量，同時其分布也具有廣泛性，在此基礎上，供電設備的更換具有較高的難度，此時對節(jié)點功耗有著嚴格的要求，不僅要保持較低的功耗，還要保持較長的供電時間。2、成本低。無線傳感器網絡節(jié)點設計的優(yōu)劣是有其成本進行衡量的，雖然其節(jié)點的布置工作量較大，但仍要注重對其成本的控制，唯有保證成本的最低值，才能夠實現節(jié)點的廣泛運用。此時，無線傳感器節(jié)點的設計要具有簡潔性。3、微型化。網絡設備節(jié)點要保證其體積的最小化，在不影響目標系統(tǒng)特性的基礎上，對軟件程序進行設計，此時的模塊要具備簡潔性與精準性，避免冗余代碼的出現；同時軟件代碼要保持獨特性與針對性，不同的系統(tǒng)配有相應的代碼。4、穩(wěn)定性。網絡節(jié)點的穩(wěn)定性主要是對硬件的要求，即便外部環(huán)境發(fā)生變化，其硬件也要保持穩(wěn)定的工作，具體的模塊包括微處理器、無線通信、電源模塊與傳感器模塊…。

1.2

ZigBee協(xié)議棧的概述

1、技術特點。具體內容如下：低速率、低功耗、安全性、可靠性、靈活性與自愈性，同時其成本較低、容量較大。2、節(jié)點與通訊。ZigBee網絡節(jié)點主要有三類，分別為協(xié)調器、參考節(jié)點與定位節(jié)點，第一個節(jié)點在整個系統(tǒng)中扮演著重要的角色，其芯片為CC2430芯片。ZigBee通訊方式主要有單點傳送，它屬于標準尋址傳送模式，還包括間接傳統(tǒng)與廣播傳送等。3、協(xié)議棧結構。協(xié)議棧結構具有七層，其中較為重要的為物理層、訪問控制層、網絡層與應用層。應用層還包括安全與鑒權、數據匯聚與設備發(fā)現等。

二、ZigBee無線定位系統(tǒng)設計

1、芯片的選擇。在納米技術的支持下，芯片得到了快速的發(fā)展，其產量在逐年增多。同時，其生產的成本也在逐漸降低，芯片的集成度也在進一步提高，芯片具有了更多的功能，其供電的管理也具有了集中性，在此基礎上，系統(tǒng)的功耗得到了降低。ZigBee無線定位系統(tǒng)的低功耗特點對其發(fā)展有著積極的意義。ZigBee芯片的種類較多，因此，對于ZigBee無線定位系統(tǒng)而言，要選擇低成本、低功耗、微型化與簡潔性的芯片，如：CC2430與CC2431芯片。

2、芯片的功能。CC2430芯片屬于參考節(jié)點芯片，其優(yōu)點如下：低功耗、高集成、抗干擾、強靈敏，其功能主要有DMA功能，硬件支持功能、數字化支持功能與集成安全協(xié)處理器，同時還具備電池監(jiān)測功能。CC2431芯片屬于定位節(jié)點芯片，它具有低功耗的特點，滿足了ZigBee無線傳感器網絡的實際需求，因此，具有較強的適用性；同時該芯片的定位具有較高的準確性，其成本也相對較低，因此，在市場上具有較強的競爭力。

3、硬件電路設計。ZigBee無線網絡對網絡節(jié)點有較高的要求，如：低功耗與低成本，因此，對芯片的選擇為CC2430，該芯片具有較高的集成度，同時構建過程中對外圍元器件的需求量較少，進而成本得到了控制。

4、軟件程序設計。ZigBee無線傳感器網絡定位系統(tǒng)要硬件平臺設計的背景下，對軟件平臺展開了設計，主要的軟件程序分為參考節(jié)點與定位節(jié)點，此時的節(jié)點具有無線定位的功能。在軟件系統(tǒng)中選用了C語言進行的編寫。

參考節(jié)點的設計功能有定位網絡、收發(fā)數據、收集定位節(jié)點信號強度、保存網絡ID與坐標信息等。定位節(jié)點的設計功能有定位網絡、收發(fā)數據、控制參考節(jié)點的信號強度、保存與發(fā)送網絡ID與坐標信息。

總結：綜上所述，無線定位技術在不斷發(fā)展，促進了ZigBee無線傳感器網絡的完善，該網絡具有一系列的優(yōu)點，如：低成本、低功耗與便捷性、靈活性等，為了滿足人們的定位需求，本文研究了基于ZigBee無線傳感器網絡的室內定位系統(tǒng)研究與設計，分別介紹了ZigBee無線傳感器網絡與ZigBee定位系統(tǒng)設計，相信，隨著研究的日益深入，該系統(tǒng)的功能將更加完善，其性能也將得到相應的提高。