無線防盜系統的開發與設計

　　網關節點即無線定位系統的網絡協調器，由CC2530模塊和HFZ-SmartRF07EB組成，通過串行口RS232與PC相連。首先它接收監控軟件提供的各個參考節點和定位節點的配置數據，并發送給相應的節點;其次，接收各個節點反饋的有效數據，并將其傳輸給監管軟件。

　　參考節點是無線定位系統中已知坐標的靜態節點，是ZigBee網絡中的路由器，由3.7V鋰電池與CC2530模塊組成。

　　定位節點是無線定位系統中的移動節點，由CC2530與電源模塊組成，它是ZigBee網絡的路由器。通過處理參考節點發送的信息包來計算自身的RSSI值。

　　1.1.1 RSSI測距原理

　　文獻^[4]提出RSSI和無線信號傳輸距離之間有確定的關系。RSSI定位技術是根據信號強度在傳輸過程中的衰減程度來估算節點間的距離^[5]。普遍采用的理論模型是Shadowing模型^[6]，由式(1)給出：

　　   (1)

　　式(1)中：d-接收端與發射端之間的距離(m);

　　d₀-參考距離，一般取1m;

　　p_r(d₀)-參考距離d₀點對應的接收信號功率(dBm);

　　n-路徑衰減指數，與環境有關的值，一般取2～4;

　　X_dBm-平均值為0的高斯隨機變量，反應當距離一定時，接收信號功率的變化;

　　在本系統實際設計中，采用簡化的Shadowing模型，由式(1)可得出RSSI測距公式(2)：

　　式(2)中A為信號傳輸1m遠時接收信號的功率(單位dBm)，d₀=1m接收端與發送端之間的距離(單位m)。通過公式(2)算出發射節點與接收節點之間的距離d。

　　RSSI測距具有重復性和互換性，在應用環境下，RSSI的變化有規律可循。這在無線測距調試過程中起到了關鍵的作用。

　　1.1.2 統計均值模型

　　利用RSSI測距時，有三種處理RSSI數據的校正模型，分別為：統計均值模型、基于固定節點間距離的校正模型和高斯模型。

　　統計均值模型是指未知節點采集一組RSSI值，然后求出這些數據的均值，由式(3)給出：

　　可以通過調整m值來平衡精確性和實時性。m很大時，可有效地解決定位數據的隨機性，但提高了通信成本。

　　1.2 硬件設計

　　本系統選擇ZigBee作為無線通信平臺，利用TI公司的CC2530無線收發芯片完成固定節點與移動節點的無線通信及RSSI的收集。CC2530芯片內部集成了2.4GHz的ZigBee射頻前端、模數轉換器、低功耗的8051內核MCU，集成IEEE 802.15.4標準MAC收發器^[7]。

　　接收主機為固定節點。物品上事先安裝的為移動節點，移動節點的尺寸為5.8cm×5.8cm。固定節點從CC2530接收的MAC層讀出芯片寄存器RSSI—VAL的值。通過收集移動節點RSSI值，設定輸入參數A(通常取-35dBm)與n(通常取3.5)，通過公式(1)(2)計算兩節點間的距離。定位估計算法需要3～8個參考節點，計算節點位置耗時少于40ms。在無障礙環境下，測距范圍為100m，定位偏差低于2.5m，從而完成定位測距功能。