无线传感器网络（Wireless Sensor Network， WSN）具有信息搜集、传输、处理的功用和动态的拓扑结构。微小型传感器节点具有核算才能、通讯才能，将其布置在监控区域内，构成能够自主完结自安排特定使命的WSN智能网络信息体系，无线传感器节点在监控区域内完结自定位。
为了完结无线传感器网络节点内部、节点与节点之间的有用通讯，在选用Atmel公司的ATZB－900－B0在无线通讯硬件模块和IEEE 802．15．4 MAC协议栈的基础上，依据定位网络的运用需求以及数据指令的用处，拟定节点音讯格局、音讯类型和音讯内容，清晰音讯的详细走向，确认节点的运用层结构结构。经过超声波相关的测距定位算法来对网络节点的测距功用和定位体系功用进行试验剖析。定位试验成果表明，节点的均匀定位差错为0．27m，最大定位差错为0．76m。
导言
无线传感器网络（Wireless Sensor Network， WSN）具有信息搜集、传输、处理的功用和动态的拓扑结构。微小型传感器节点具有核算才能、通讯才能，将其布置在监控区域内，构成能够自主完结自安排特定使命的WSN智能网络信息体系，无线传感器节点在监控区域内完结自定位。无线传感器节点不只要能够完结本身定位，还要能够在监控区域内呈现入侵者时，有用地安排恰当的节点来消除入侵者，起到自主防护的效果。
当时，国内外的高校、科研机构以及其他安排现已开宣布许多老练的WSN定位体系。如AcTIve Badge、AcTIve Bat体系、AHLos体系、SpiderBat体系等。其间，国内关于定位办法和技能的研讨比较多，国外的研讨展开的比较早，许多定位体系现已走出试验室，投入商业化运用。但仍存在节点测距规模有限、定位精度不高级要害技能问题。现在，常用的定位技能首要是依据红外测距、RSSI检测、声波以及超声波测距的定位技能，首要是室内环境中运用。红外信号的穿透性差，简略遭到环境要素的影响，传输间隔短，需求很多的传感器节点，定位体系的本钱较高。因而，在完结测距定位的一起，开发一个简略有用、操作快捷的定位监控体系也非常重要。
针对上述问题，本文以节点高精度体系定位为方针，研讨依据DSP的相关定位技能，规划并完结了依据超声波相关检测定位体系，体系界面友爱，可认为WSN供应更好的节点本身定位服务支撑。
一.定位体系结构
依据定位体系的实践要求，规划了WSN定位体系，体系的根本结构如图1所示。该体系首要由两部分组成：定位网络和监控体系。定位网络中节点的方位随机进行布置，其方位不确认，节点经过超声波相关测距技能，运用相关检测算法核算节点之间的间隔，经过无线办法将间隔信息转发传递至Sink节点。上位机监控体系部分又分为Sink节点信息处理和终端界面显现两个子部分，Sink节点依据搜集到的节点间隔信息来核算节点的坐标方位，终端界面显现网络拓扑结构及节点坐标。
1.传感器节点架构
依据详细运用场景的不同，节点的全体结构首要由DSP、RAM、ATZB－900－B0无线传输模块、射频收发天线、温度丈量模块、A／D采样模块、超声波收发电路以及电源模块组成。本规划中无线数据通讯模块选用Atmel公司的ATZB－900－B0模块，它是一个灵敏度高、功耗低、超紧凑型的IEEE 802．15．4／ZigBee模块。定位体系的网络组成以及节点间的音讯传输都是经过ZigBee技能来完结的。
2.节点传感器模块
超声波测距传感器是一种以超声波为载体的微小型测距雷达，其具有结构简略、体积小、能耗低、信息处理简略牢靠、价格低廉的特色，不受光照、电磁、粉尘以及烟雾等要素的搅扰。为了处理单一超声波传感器方向指向性仅有的问题，本文选用六元阵列的办法，将六组超声波收发探头均匀分布在正六边形的边上，如图2所示，确保超声信号的二维平面全向收发。
3.节点处理器模块
因为节点要在户外环境中，无法进行电源的供应，节点需求坚持尽或许长期的作业状况或许处于待机状况，这也就要求处理器的能量消耗要尽或许小，延伸节点的寿数。所以选取高功用、低功耗的操控器在节点规划中至关重要。TMS320C6748TM DSP是TI公司出产的一款新式低功耗浮点型DSP处理器，归于C6000系列，选用了超长指令字（Very Long InstrucTIon Word， VLIW）结构，为DSP的高效运转供应了保证。它交融了TMS320C67xTM DSP 和TMS320C64xTM DSP 的指令集架构，支撑DSP的高数字信号处理功用和精简指令核算机（Reduced Instruction Set Computer， RISC）技能，满意当时的运用场景需求。除高速处理才能、极低的功耗以及丰厚的外设接口外，还具有音频、视频等多媒体才能以及高速STAT硬盘和SD接口的外部存储器接口等，因为这些不是本论文重视的焦点，在此不赘述。
二.节点通讯音讯规划
在传感器网络中，选用ZigBee通讯协议时，节点被分为Coordinator、Router以及End Device三种。Coordinator担任体系的初始化作业，挑选网络的信道等参数树立网络，供其他节点参加；Router担任节点之间指令音讯的路由转发完结；End Device担任使命是音讯的发送和接纳，只能和父节点进行数据通讯，不具有路由转发的功用。在本体系中，Sink节点首要担任监控网络的树立、上位机指令的剖析处理和操作、数据的搜集等使命，是整个网络的数据存储和处理中心，在上位机和监控网络之间起到桥梁的效果，是体系运用中的Coordinator。监控网络区域内的待定位节点要具有音讯转发与路由其他节点的才能，需求能够给一切节点发送音讯，也能够接纳到一切节点的音讯，是体系运用中的Router。每个节点由无线数据传输模块和主控DSP模块组成，同一节点的两个模块之间经过UART总线进行通讯。节点之间经过无线RF射频办法进行通讯。Sink节点与上位机运用UART总线进行通讯，不知道节点的通讯办法中并不包含该通讯办法。节点的通讯办法如图3所示。
1.Sink节点使命规划
Sink节点（Coordinator）的使命首要包含节点的初始化、树立网络以及运用层使命指令。这儿将Sink节点的无线模块和DSP模块看作一个全体，Sink节点程序流程图如图4所示。运用层使命指令包含检测和剖析上位机下发的指令以及依据上位机指令做出相应的处理操作。运用层指令首要是Sink节点别离和上位机、定位网络之间的交互。
三.定位体系试验及成果剖析
节点的测距功用首要经过节点的测距精度直观反映，而节点的测距功用又直接影响体系的定位功用。本文对现已研讨规划的定位节点进行一系列的测距定位试验。首要进行节点的测距功用试验，然后进行节点的定位功用试验。本试验的实测环境是试验室外走廊，试验场景如图5所示，试验环境温度为14～18℃，运用一个Sink节点和两个不知道节点进行试验。经过屡次丈量，取丈量成果的均匀值作为终究成果的办法来减小测距差错。试验过程中，Sink节点能够自在移动，以无线办法操控两个不知道节点进行测距。Sink节点经过串口线与PC端衔接，运用上位机软件进行指令的发送和间隔丈量数据的搜集显现。将一个不知道节点设置为超声信号接纳节点，放置在一个固定的方位；另一个设置为超声信号源节点，等间隔移动丈量。超声信号源节点从间隔接纳节点1m处开端丈量，每隔1m进行一组丈量，每个丈量点测50次，取这50次测距成果的均匀值作为该丈量点的测距成果。
四.结束语
本文规划了节点的通讯办法及音讯，在一致的音讯格局内，依据所要履行的使命的不同，详细规划各种运用音讯；其次，依据体系需求和节点类型的不同，规划并说明晰不同节点的程序流程；一起规划了杰出的人机交互定位界面；最终，对网络节点的测距功用和定位功用进行试验剖析，验证了体系根本满意对测距规模和测距精度要求和节点定位的技能要求。
