基于ZigBee的無線傳感器網絡定位系統的設計

　　無線傳感器網絡[1]WSNs(Wireless Sensor Networks)被廣泛應用于環境探測、天氣預報、安全、監控以及分布式計算和目標區域成像等領域，在軍事、醫療和民用等方面的應用具有深遠意義。在傳感器網絡中，位置信息對傳感器網絡的監測活動至關重要，事件發生的位置或獲取信息的節點位置是傳感器監測信息中所包含的重要信息，沒有位置的監測消息往往是毫無意義的。因此，確定事件發生的位置或獲取消息的節點位置是傳感器網絡最基本的功能之一，對傳感器網絡應用的有效性起著關鍵作用。

　　ZigBee技術[2]是一個具有統一技術標準的短距離無線通信技術，其PHY層和MAC層協議為IEEE802.15.4協議標準。本文提出的無線傳感器網絡工作在全球通用的ISM(Industrial Scientific and Medical)免付費頻段2.4 GHz上，其數據傳輸速率為250 Kb/s，劃分為16個信道。與藍牙或802.11等同屬于短距離無線通信的技術相比，ZigBee技術具有先天優勢。ZigBee設備為低功耗設備，具有能量檢測和鏈路質量指示的功能。同時，由于采用了碰撞避免機制(CSMA-CA)，避免了發送數據時的沖突。在網絡安全方面，采用了密鑰長度為128 bit的加密算法，對所傳輸的數據信息進行加密處理，保證了數據傳輸時的高可靠性和安全性。用ZigBee技術組成的無線傳感器網絡結構簡單、體積小、性價比高、放置靈活、擴展簡便、成本低、功耗低、安全可靠，這種新興的無線傳感器網絡必將有廣泛的應用前景。

　　1 無線傳感網定位系統設計

　　1.1 設計思想

　　本系統的主要設計思想是：先在監測區域布置一定的參考節點，參考節點的作用是在定位過程中起參考點的作用，不參與定位；移動節點就是定位節點，通過參考節點來確定自己的位置；網關節點一方面配置參考節點的位置信息，同時接收移動節點的位置信息發送給Web服務器，Web服務器接入網絡可以實現遠程訪問和控制。系統框圖如圖1。

　　1.2 硬件設計

　　1.2.1 節點硬件設計

　　無線傳感器節點一般由傳感器模塊、數據處理模塊、電源模塊和數據傳輸模塊組成。由于在本設計中主要考慮定位，所以傳感器模塊只是為了以后擴展用的。圖2是一般節點(作為參考節點或者移動節點)的原理框圖。

　　由于網關節點要和PC機或者Web服務器連接，所以要帶串口。網關節點原理如圖3。