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基于CC2530的室内定位节点的设计与实现

[日期:2013-09-12] 来源:电子设计工程  作者:韩鹏霄,刘继尧,周东平 [字体: ]

    定位节点是室内定位系统中的关键模块,其性能对定位系统的定位精度等关键指标起着十分重要的作用。本文介绍了基于ZigBee的定位网络的架构,阐述了定位节点硬件和软件设计中的关键技术和设计方法,对定位节点主要的功能和性能指标进行了测试验证。结果表明,本文设计的定位节点能够满足室内定位系统的需求。

    公共安全领域内,室内定位技术在羁押场所预警监控、取保候审、监视居住,以及紧急情况救援与救灾应急指挥调度等应用中具备良好的应用前景。ZigBee技术是一种基于IEEE 802.15.4标准的低复杂度、低功耗、低成本的无线通信技术,具有自组网、低延迟、可实现128位的AES加密和组网方式灵活等特性,非常适合用于室内定位技术的应用需求。基于ZigBee技术的室内定位系统,具有成本低、节点续航时间长、自组网方便灵活、便于快速部署和安全性较高等优点。

1 基于ZigBee的室内定位节点简述
   
基于ZigBee的定位网络是一个WSN网络(Wireless Sensor Network,无线传感器网络),为定位应用系统提供定位特征信息及节点状态报警信息,由网络协调器、参考节点和盲节点组成。定位算法需要至少3个参考节点对1个盲节点进行定位。定位网络结构图如图1所示。

   
    定位网络中,ZigBee网络协调器承担着ZigBee网络的发起和管理功能。ZigBee网络协调器汇集定位网络内所有参考节点产生的定位信息,并将定位信息发送给应用系统。
    参考节点固定布置在定位区域范围内的特定位置上,接收盲节点发送的特征信息数据信号,并提取出该信号的场强特征信息,即RSSI(Re ceived Signal Strength InDICation,接收信号强度指示)值。参考节点将其自身的特征信息和盲节点的特征信息数据、RSSI值打包生成定位信息,通过ZigBee网络发送给ZigBee网络协调器。参考节点是网络中的路由节点。
    盲节点佩戴或安装在被定位人员或物品上,周期性地通过ZigBee网络广播发送自身的特征信息数据。盲节点是网络中的终端节点。
    参考节点与盲节点使用相同的硬件,通过千亿国际千亿国际登录_千亿pt老虎机_千亿国际娱乐pt_千亿国际娱乐参考节点或是盲节点的应用程序,实现参考节点或盲节点的功能。本文所述定位节点包括参考节点和肓节点。

2 基于ZigBee的室内定位节点硬件设计
   
基于ZigBee的室内定位节点硬件电路主要由CC2530主控电路、射频前端电路、电源模块、加速度传感器电路等部分组成。
2.1 CC2530主控电路设计
   
本文选择TI千亿国际娱乐的CC2530为核心来设计节点。CC2530是一款低成本、低功耗、高集成度的ZigBee协议SoC解决千亿国际娱乐,工作在2.4 GHz ISM频段。CC2530内部集成有射频收发器、增强型8051核MCU、丰富的片上存储器和外围接口资源,能够为ZigBee协议栈及应用软件提供有力的支持。CC2530功耗低,在以1 dBm功率发射时,电流消耗为29 mA;接收时,电流为24 mA。CC2530支持多种低功率工作模式(空闲模式和休眠模式等),休眠模式切换到主动模式的超短时间特性使节能设计更方便,特别适合要求电池寿命长的应用。

   
    节点以CC2530芯片为核心,配合软件优化,在实现节点功能的同时,能够有效节省功耗、减少体积和BOM成本。主控电路的原理图如图2所示。


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