ZigBee无线定位毕业设计.ppt

基于Zigbee协议的无线定位网络在安保系统中的应用AZigBee basedApplicationinSecuritythroughWirelessLocationNetworks 毕业设计 文献综述 课题背景介绍GPS设备通常能耗高 体积大 成本高 更适合于空旷的室外环境 ZigBee技术的出现为小范围例如室内无线定位技术注入了新的希望 因为它具有低成本 低功耗 易于组网等特点 本文提到的CC2431无线定位芯片由TI公司和摩托罗拉公司共同研发 它是一个带硬件定位引擎的芯片 能满足低功耗 符合IEEE802 15 4标准 定位精度达到0 25米 误差在3米内 无线定位系统的国内外发展现状 1992年 ActiveBadge系统产生于英国剑桥 是最早的室内定位系统之一 1998年 Microsoft公司开发出RADAR定位系统 它是基于RSSI技术的室内无线射频定位系统 2000年 MIT研制的Cricket系统是现在仍在使用的室内定位系统之一 2001年 AHLOS系统出现 它是一种混合定位系统 2002年 加利福尼亚大学的Calamari系统也是一种混合定位系统 这几年兴起的定位技术还有基于超宽带 UltraWideBand UWB 的定位技术 基于Wi Fi的定位技术以及基于ZigBee的定位技术等等 ZigBee技术简介 ZigBee发展2000年 IEEE802 15 4标准出台 ZigBee联盟成立于2001年8月 2002年下半年 英国Invensys公司 日本三菱电气公司 美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦公司等四大公司加盟ZigBee联盟 这一事件成为ZigBee技术发展的里程碑 到目前为止 加盟ZigBee联盟的不仅仅只有当初的四家公司 而是涵盖了IT领域以及其他行业的150多家企业 ZigBee技术的主要特点 低功耗 在低耗电待机模式下 2节5号干电池可支持1个节点工作6 24个月 低成本 协议代码少 免专利费 低速率 数据传输速率在20 250kbps 近距离 传输范围一般介于10 100m之间 在增加RF发射功率后 亦可增加到1 3km 高容量 最多一个主节点可管理254个子节点 同时主节点还可由上一层网络节点管理 最多可组成65000个节点的大网 免执照频段 采用直接序列扩频在工业科学医疗 ISM 频段 2 4GHz 全球 915MHz 美国 和868MHz 欧洲 ZigBee与其他技术的比较 ZigBee协议栈 协议栈概述ZigBee协议栈的是由物理层 PHY 媒体访问控制层 MAC 网络层 NWK 和应用层 APL 组成的 其中 PHY层和MAC层协议由IEEE802 15 4定义 网络层和应用层的协议由ZigBee联盟定义 而应用层又包含应用支持子层 APS 应用框架 AF ZigBee设备对象 ZDO 和由制造商制定的应用对象 ZigBee协议栈体系图 ZigBee网络设备类型 ZigBee网络系统共有三种逻辑设备类型 协调器 该设备初始化一个ZigBee无线网络 路由器 允许其他设备加入网络 多跳路由和辅助它的电池供电的子终端设备通信 终端设备 可以有选择的进行休眠和唤醒 ZigBee网络拓扑 定位算法简介 基于距离的定位算法基于TOA的测距技术基于TDOA的测距技术基于AOA的测距技术基于RSSI的测距技术 其他定位算法介绍 质心定位算法APIT定位算法DV Hop定位算法 无线定位系统的实现 硬件平台 CC2430 CC2431芯片介绍CC2431硬件引擎介绍软件平台 采用IARSystems公司的IAREmbeddedWorkbench 简称EW 基于RSSI的定位算法 Pr dBm A 10nlgr A可以看作信号传输lm远时接收信号的功率 n是传播因子 定位系统框架 无线传感器网络实现定位功能的设备由协调器 Location dongle 参考节点 Loeation refnode 定位节点 Loeation blindnode 三部分组成 协调器 1个 在实验中协调器 网关 选取1块网络扩展板与1块CC2431模块组成 参考节点 4个 选择CC2430模块 定位节点 1个 选择CC2431模块 实验系统搭建及演示 实验节点分布图 不同环境下的A和N值的比较 RSSI 52 2 685log10 d 节点置于地面 RSSI 42 8 2 377log10 d 节点置于地上1米处 定位系统的实际测量 增加参考节点采集次数后定位效果 增加温度采集功能 片内温度传感器 结论 实验结论 通过实地测量验证了基于RSSI定位系统的可行性 通过增加参考节点测量次数 修正RSSI值可以提高接收RSSI值的稳定性 从而提高定位系统的精确度 尤其是在定位节点密度不是很高的时候 从RSSI值拟合曲线可以看出 定位系统所处的环境对定位效果造成相应的影响 因此在实际应用中应尽量选择远离地面 墙壁和其它有可能对信号产生干扰的因素 不足之处及未来改进 测试环境还不够理想 在实际的安保系统中 环境的复杂程度较高 因