為了實現無線傳感器網絡節點內部、節點與節點之間的有效通信
，在采用Atmel公司的ATZB－900－B0在無線通信硬件模塊和IEEE 802．15．4 MAC協議棧的基礎上

，根據定位網絡的應用需求以及數據命令的用途
，製定節點消息格式、消xiao息xi類lei型xing和he消xiao息xi內nei容rong，明ming確que消xiao息xi的de具ju體ti走zou向xiang
，確que定ding節jie點dian的de應ying用yong層ceng框kuang架jia結jie構gou。通tong過guo超chao聲sheng波bo相xiang關guan的de測ce距ju定ding位wei算suan法fa來lai對dui網wang絡luo節jie點dian的de測ce距ju性xing能neng和he定ding位wei係xi統tong性xing能neng進jin行xing實shi驗yan分fen析xi。定ding位wei實shi驗yan結jie果guo表biao明ming，節jie點dian的de平ping均jun定ding位wei誤wu差cha為wei0．27m
，最大定位誤差為0．76m。

 

 

無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network， WSN）具有信息采集、傳輸、處理的功能和動態的拓撲結構。微小型傳感器節點具有計算能力、通信能力，將其部署在監控區域內

，構成可以自主完成自組織特定任務的WSNzhinengwangluoxinxixitong，wuxianchuanganqijiedianzaijiankongquyuneishixianzidingwei。wuxianchuanganqijiedianbujinyaonenggoushixianzishendingwei，haiyaonenggouzaijiankongquyuneichuxianruqinzheshi，youxiaodianpaishidangdejiedianlaixiaomieruqinzhe
，qidaozizhufangyudezuoyong。

 

當前
，國內外的高校
、科研機構以及其他組織已經開發出很多成熟的WSN定位係統。如Active Badge、Active Bat係統
、AHLos係統、SpiderBat係(xi)統(tong)等(deng)。其(qi)中(zhong)

，國(guo)內(nei)關(guan)於(yu)定(ding)位(wei)方(fang)法(fa)和(he)技(ji)術(shu)的(de)研(yan)究(jiu)比(bi)較(jiao)多(duo)，國(guo)外(wai)的(de)研(yan)究(jiu)開(kai)展(zhan)的(de)比(bi)較(jiao)早(zao)
，很(hen)多(duo)定(ding)位(wei)係(xi)統(tong)已(yi)經(jing)走(zou)出(chu)實(shi)驗(yan)室(shi)，投(tou)入(ru)商(shang)業(ye)化(hua)應(ying)用(yong)。但(dan)仍(reng)存(cun)在(zai)節(jie)點(dian)測(ce)距(ju)範(fan)圍(wei)有(you)限(xian)、定位精度不高等關鍵技術問題。目前，常用的定位技術主要是基於紅外測距、RSSI檢測、shengboyijichaoshengbocejudedingweijishu，zhuyaoshishineihuanjingzhongyingyong。hongwaixinhaodechuantouxingcha，rongyishoudaohuanjingyinsudeyingxiang

，chuanshujuliduan

，xuyaodaliangdechuanganqijiedian
，dingweixitongdechengbenjiaogao。yinci，zaiwanchengcejudingweidetongshi
，kaifayigejiandanshiyong、操作便捷的定位監控係統也非常重要。

 

針對上述問題，本文以節點高精度係統定位為目標，研究基於DSP的相關定位技術，設計並實現了基於超聲波相關檢測定位係統
，係統界麵友好，可以為WSN提供更好的節點自身定位服務支持。

 

 

 

根據定位係統的實際要求，設計了WSN定位係統，係統的基本結構如圖1所示。該係統主要由兩部分組成：定ding位wei網wang絡luo和he監jian控kong係xi統tong。定ding位wei網wang絡luo中zhong節jie點dian的de位wei置zhi隨sui機ji進jin行xing部bu署shu，其qi位wei置zhi不bu確que定ding
，節jie點dian通tong過guo超chao聲sheng波bo相xiang關guan測ce距ju技ji術shu，使shi用yong相xiang關guan檢jian測ce算suan法fa計ji算suan節jie點dian之zhi間jian的de距ju離li，通tong過guo無wu線xian方fang式shi將jiang距ju離li信xin息xi轉zhuan發fa傳chuan遞di至zhiSink節點。上位機監控係統部分又分為Sink節點信息處理和終端界麵顯示兩個子部分

，Sink節點根據收集到的節點距離信息來計算節點的坐標位置，終端界麵顯示網絡拓撲結構及節點坐標。

 

1.傳感器節點架構

 

根據具體應用場景的不同，節點的總體框架主要由DSP、RAM
、ATZB－900－B0無線傳輸模塊
、射頻收發天線、溫度測量模塊、A／D采樣模塊、超聲波收發電路以及電源模塊組成。本設計中無線數據通信模塊選用Atmel公司的ATZB－900－B0模塊，它是一個靈敏度高
、功耗低
、超緊湊型的IEEE 802．15．4／ZigBee模塊。定位係統的網絡組建以及節點間的消息傳輸都是通過ZigBee技術來實現的。

 

2.節點傳感器模塊

 

超聲波測距傳感器是一種以超聲波為載體的微小型測距雷達，其具有結構簡單
、體積小、能耗低

、信息處理簡單可靠、價格低廉的特點，不受光照
、電磁、粉(fen)塵(chen)以(yi)及(ji)煙(yan)霧(wu)等(deng)因(yin)素(su)的(de)幹(gan)擾(rao)。為(wei)了(le)解(jie)決(jue)單(dan)一(yi)超(chao)聲(sheng)波(bo)傳(chuan)感(gan)器(qi)方(fang)向(xiang)指(zhi)向(xiang)性(xing)唯(wei)一(yi)的(de)問(wen)題(ti)，本(ben)文(wen)采(cai)用(yong)六(liu)元(yuan)陣(zhen)列(lie)的(de)方(fang)法(fa)
，將(jiang)六(liu)組(zu)超(chao)聲(sheng)波(bo)收(shou)發(fa)探(tan)頭(tou)均(jun)勻(yun)分(fen)布(bu)在(zai)正(zheng)六(liu)邊(bian)形(xing)的(de)邊(bian)上(shang)
，如(ru)圖(tu)2所示，保證超聲信號的二維平麵全向收發。

 

3.節點處理器模塊

 

youyujiedianyaozaiyewaihuanjingzhong，wufajinxingdianyuandegonggei，jiedianxuyaobaochijinkenengchangshijiandegongzuozhuangtaihuozhechuyudaijizhuangtai，zheyejiuyaoqiuchuliqidenengliangxiaohaoyaojinkenengxiao，yanchangjiediandeshouming。suoyixuanqugaoxingneng、低功耗的控製器在節點設計中至關重要。TMS320C6748TM DSP是TI公司生產的一款新型低功耗浮點型DSP處理器
，屬於C6000係列，采用了超長指令字（Very Long Instruction Word



， VLIW）結構，為DSP的高效運行提供了保障。它融合了TMS320C67xTM DSP 和TMS320C64xTM DSP 的指令集架構，支持DSP的高數字信號處理性能和精簡指令計算機（Reduced Instruction Set Computer， RISC）技術
，滿足當前的應用場景需求。除高速處理能力

、極低的功耗以及豐富的外設接口外，還具有音頻、視頻等多媒體能力以及高速STAT硬盤和SD接口的外部存儲器接口等，由於這些不是本論文關注的焦點，在此不贅述。

 

 

二.節點通信消息設計

 

在傳感器網絡中，采用ZigBee通信協議時
，節點被分為Coordinator
、Router以及End Device三種。Coordinator負責係統的初始化工作
，選擇網絡的信道等參數建立網絡，供其他節點加入；Router負責節點之間命令消息的路由轉發實現；End Device負責任務是消息的發送和接收，隻能和父節點進行數據通信，不具有路由轉發的功能。在本係統中
，Sink節點主要負責監控網絡的建立、上位機命令的分析處理和操作
、數據的收集等任務
，是整個網絡的數據存儲和處理中心，在上位機和監控網絡之間起到橋梁的作用，是係統應用中的Coordinator。監(jian)控(kong)網(wang)絡(luo)區(qu)域(yu)內(nei)的(de)待(dai)定(ding)位(wei)節(jie)點(dian)要(yao)具(ju)備(bei)消(xiao)息(xi)轉(zhuan)發(fa)與(yu)路(lu)由(you)其(qi)他(ta)節(jie)點(dian)的(de)能(neng)力(li)，需(xu)要(yao)可(ke)以(yi)給(gei)所(suo)有(you)節(jie)點(dian)發(fa)送(song)消(xiao)息(xi)，也(ye)可(ke)以(yi)接(jie)收(shou)到(dao)所(suo)有(you)節(jie)點(dian)的(de)消(xiao)息(xi)
，是(shi)係(xi)統(tong)應(ying)用(yong)中(zhong)的(de)Router。每個節點由無線數據傳輸模塊和主控DSP模塊組成，同一節點的兩個模塊之間通過UART總線進行通信。節點之間通過無線RF射頻方式進行通信。Sink節點與上位機使用UART總線進行通信，未知節點的通信方式中並不包含該通信方式。節點的通信方式如圖3所示。

 

1.Sink節點任務設計

 

Sink節點（Coordinator）的任務主要包括節點的初始化、建立網絡以及應用層任務命令。這裏將Sink節點的無線模塊和DSP模塊看作一個整體，Sink節點程序流程圖如圖4所示。應用層任務命令包括檢測和分析上位機下發的命令以及根據上位機命令做出相應的處理操作。應用層命令主要是Sink節點分別和上位機
、定位網絡之間的交互。

 

 

節jie點dian的de測ce距ju性xing能neng主zhu要yao通tong過guo節jie點dian的de測ce距ju精jing度du直zhi觀guan反fan映ying
，而er節jie點dian的de測ce距ju性xing能neng又you直zhi接jie影ying響xiang係xi統tong的de定ding位wei性xing能neng。本ben文wen對dui已yi經jing研yan究jiu設she計ji的de定ding位wei節jie點dian進jin行xing一yi係xi列lie的de測ce距ju定ding位wei實shi驗yan。首shou先xian進jin行xing節jie點dian的de測ce距ju性xing能neng實shi驗yan，然ran後hou進jin行xing節jie點dian的de定ding位wei性xing能neng實shi驗yan。本ben實shi驗yan的de實shi測ce環huan境jing是shi實shi驗yan室shi外wai走zou廊lang

，實shi驗yan場chang景jing如ru圖tu5所示，實驗環境溫度為14～18℃
，使用一個Sink節點和兩個未知節點進行實驗。通過多次測量
，取測量結果的平均值作為最終結果的方式來減小測距誤差。實驗過程中，Sink節點可以自由移動，以無線方式控製兩個未知節點進行測距。Sink節點通過串口線與PCduanlianjie

，shiyongshangweijiruanjianjinxingminglingdefasonghejuliceliangshujudeshoujixianshi。jiangyigeweizhijiedianshezhiweichaoshengxinhaojieshoujiedian，fangzhizaiyigegudingdeweizhi


；另一個設置為超聲信號源節點

，等間距移動測量。超聲信號源節點從距離接收節點1m處開始測量，每隔1m進行一組測量
，每個測量點測50次，取這50次測距結果的平均值作為該測量點的測距結果。

 

 

 

本文設計了節點的通信方式及消息，在統一的消息格式內，根據所要執行的任務的不同，具體設計各種應用消息；其次，根據係統需求和節點類型的不同
，設計並說明了不同節點的程序流程；同時設計了良好的人機交互定位界麵
；最後

，對網絡節點的測距性能和定位性能進行實驗分析


，驗證了係統基本滿足對測距範圍和測距精度要求和節點定位的技術要求。