试谈测距基于WSN化工厂人员定位系统节点设计大纲

摘要：近些年化工事故发生率逐年上升，给人身财产都造成了不可挽回的损失。在复杂的化工生产区域中，如何最大限度地减少这些突发事件造成的损失，成了人们日益关切的不足。当事故发生时，如果我们能在第一时间掌握厂区人员分布情况，将有助于快速开展救援搜救工作，极大降低人员伤亡，对挽救人员生命和财产作用重大。文中立足无线传感器网络技术，通过对现有定位技术案例的探讨和比较，根据化工厂人员定位的需求，提出一种基于Zigbee网络的室内人员实时定位系统，主要为了解决现有定位系统中有着的系统复杂、成本高和实时性差等不足，并就人员定位系统中的网关，参考节点和盲节点进行了功能实现和实验验证。Zigbee是一种新兴的低功耗，低数据率，低复杂度，低成本，高可靠的无线网络技术，Zigbee的这些特性符合化工厂内人员定位运用的需求。论文主要工作如下：（1）对当前主流室内无线定位技术案例和定位系统结构以及测距策略进行了浅析比较，结合化工厂人员定位需求，最终采取Zigbee技术对化工厂人员定位网络进行设计实现。（2）通过对Zigbee技术深入探讨，针对上一代Zigbee2006网络有着的不足，采取ZigBee2007/PRO设计了一种基于网络的定位系统结构。该系统结构具有更好的实时性，适应性，和灵活性等特点，适合化工厂复杂的运用环境。（3）采取模块化思想，利用CC2530射频单片机对网络中的盲节点、参考节点和网关节点的硬件电路进行设计实现。网关节点带有LCD显示与多向按键电路，满足实地配置与调试的需要。盲节点设计中以小型化便于携带和能源的高效利用为目标，通过性能与成本综合比较，最终采取一种倒F型PCB天线，利用可充电锂离子电池作为能量来源。（4）通过对TI公司的Zstack协议栈架构的探讨，基于Zstack2007/pro实现了系统盲节点、参考节点和网关的网络组建和节点测距功能，并对节点工作流程进行了详细阐述。（5）针对化工厂室内人员定位系统需求，设计实验对节点进行初步测试。节点采取基于信号强度的RSSI测距策略。室内和室外环境下测距实验的结果表明，节点在通信距离，测距精度，低功耗小型化等方面达到了预期效果，满足室内人员实时定位跟踪的系统需求。最后根据对实验结果的浅析，对实验中有着的不足和下一步探讨工作提出了可行性倡议。关键词：室内定位论文无线测距论文Zigbee论文CC2530论文RSSI论文

摘要5-6

ABSTRACT6-10

第1章 绪论10-15

1.1 探讨背景及作用10

1.2 WSN 概述10-11

1.3 无线定位探讨近况11-12

1.4 常用定位技术12-13

1.5 论文结构13-15

第2章 ZIGBEE 技术15-23

2.1 ZIGBEE和 IEEE802.15.4 标准15-17

2.2 互操作性17

2.3 设备类型17

2.4 设备角色17-18

2.5 ZIGBEE网络拓扑结构18-20

2.6 ZIGBEE版本20-22

2.7 本章小结22-23

第3章 系统节点设计23-42

3.1 系统结构设计23-24

3.2 开发环境介绍24

3.3 射频模块24-31

3.3.1 CC2530 介绍24-25

3.3.2 芯片比较25-26

3.3.3 电路设计26-28

3.3.4 射频天线28-31

3.4 电源模块31-35

3.4.1 电源选择31-32

3.4.2 锂电管理电路32-34

3.4.3 稳压电路34-35

3.5 扩展板模块35-37

3.5.1 Joystick 电路36-37

3.5.2 按键 LED 电路37

3.5.3 串口电路37

3.6 节点实现37-41

3.6.1 节点抗干扰与低功耗设计38-39

3.6.2 硬件节点实物39-41

3.7 本章小结41-42

第4章 软件功能实现42-54

4.1 开发环境介绍42

4.2 ZSTACK 协议栈分层结构42-46

4.2.1 物理层（PHY）44

4.2.2 介质接入制约子层（MAC）44-45

4.2.3 网络层（NWK）45-46

4.2.4 运用层（APL）46

4.3 ZSTACK 启动流程46-48

4.4 节点配置48-50

4.4.1 设备分配48-49

4.4.2 端点（endpoint）49

4.4.3 簇（cluster）49

4.4.4 描述符（Descriptor）49-50

4.5 节点启动流程50-52

4.6 网络通信流程52-53

4.7 本章小结53-54

第5章 节点测试及浅析54-59

5.1 RSSI 的测距算法54

5.2 节点测试与浅析54-58

5.2.1 节点室外实验54-56

5.2.2 节点室内测试56-58

5.3 本章小结58-59

第6章 总结与展望59-61

6.1 总结59

6.2 展望59-61

致谢61-62