无线传感器网络(WSN)定位系统设计
3WSN定位节点硬件设计
3.1 总体设计
定位节点硬件设计框架如图2所示。硬件设计分为两部分:无线通信模块设计和无线测试模块设计。无线通信模块为节点间的无线数据提供接口,它是节点核心部分。无线测试模块通过RS232串口转换电路实现PC机与协调器节点间的数据传输。
3.2 硬件实现
无线通信模块包括CC2430及其相关外围电路。由于CC2430集8051内核与无线收发模块于一体,从而简化了电路设计过程,省去了单片机和无线收发器件之间接口电路的设计,缩短了研发周期。
无线测试模块的串口转换电路采用MAX3232双通道转换器,工作电压范围为3~5.5 V,该电路主要用于协调器与PC之间的串口通信。
对射频电路来说,解决好器件间干扰问题是至关重要的。建议无线通信模块采用PCB双层板,顶层用于信号线布线,底层用于电源和地布线,在无布线的开放区域采用少量过孔相连到地。另外,务必使CC2430底部可靠接地。外围器件尺寸尽量小,可使用0402规格阻容器件。如果使用PCB天线,为了减少板材对PCB天线的影响,使天线获得最佳性能,可以采用RF4板材,板材介电常数为4.5,厚度为1 mm,敷铜厚度为0.35μm。无线测试模块PCB制作无特殊要求。
4定位节点软件设计
无线传感器定位网络中存在3种功能类型的节点,分别为网关(协调器)、参考节点(路由器)和盲节点(终端)。网关在整个系统中有着至关重要的作用,首先它要接收上位机发出的命令,开启网络,等待其他类型节点入网,其次还要接收各节点反馈的有效数据并传输给上位机软件处理。参考节点是一类静止的已知自身位置的节点,它的任务是接收带RSSI(Received Signal Strength Indicator)值的信息包并计算RSSI平均值,最终在盲节点打包各RSSI平均值后,将其发送给网关,传回上位机监控软件处理。盲节点是一类可移动的节点,可在参考节点包围的区域内任意移动。盲节点向周围空间广播RSSI簇,并接收一跳范围内的参考节点平均RSSI值,打包收到的各平均RSSI值后,无线发送给协调器节点。图3为整体传感器网络定位通信流程。
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