定位是無線傳感器(WSN)網(wǎng)絡(luò)重要的支撐技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用。ZigBee技術(shù)則是一種近距離、低功耗、低數(shù)據(jù)傳輸率、低成本的雙向無線通信技術(shù)，可以嵌入到各種設(shè)備中，同時支持地理定位功能。將ZigBee技術(shù)應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中是現(xiàn)今研究的一個重點(diǎn)，相關(guān)定位技術(shù)的研究和應(yīng)用也受到人們廣泛的關(guān)注。

　　1 WSN定位概述

　　1．1 WSN定位研究現(xiàn)狀

　　無線傳感器的廣泛應(yīng)用使其定位技術(shù)得到快速發(fā)展。TI公司推出一款帶硬件定位引擎的片上系統(tǒng)(SoC)解決方案CC243l，在典型應(yīng)用中可實(shí)現(xiàn)3～5 m定位精度和0.25 m的分辨率，由于定位算法被固化，導(dǎo)致其應(yīng)用缺少靈活性。另一方面，利用普通無線收發(fā)器件結(jié)合軟件算法的定位受到了廣泛關(guān)注。

　　1．2 CC2430簡介

　　CC2430是 TI公司推出的一款2．4 GHz射頻系統(tǒng)單芯片。該器件內(nèi)部集成有ZigBee射頻前端，內(nèi)存和微控制器。微控制器使用的805l內(nèi)核，內(nèi)部具有128 KB可編程閃存和8 KB的RAM，還包含A／D轉(zhuǎn)換器、定時器Timer、AESl28協(xié)同處理器、看門狗定時器、32 kHz晶振的休眠模式，定時器上電復(fù)位電路以及外部21個可編程的I／O口，在硬件上支持IEEE802．15．4規(guī)定的CSMA-CA功能。CC2430自身資源豐富和低功耗、低成本的特點(diǎn)使得其非常適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中。

　　2 定位系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

　　系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖l所示。無線傳感器定位系統(tǒng)中包括3類節(jié)點(diǎn)：協(xié)調(diào)器、參考節(jié)點(diǎn)和盲節(jié)點(diǎn)。參考節(jié)點(diǎn)位置已知，盲節(jié)點(diǎn)利用已知參考節(jié)點(diǎn)信息，借助一定的定位算法確定自身位置，完成自身定位。

　　一個完整的無線傳感器定位系統(tǒng)設(shè)計過程包括3個方面：硬件節(jié)點(diǎn)設(shè)計、定位節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計和上位機(jī)軟件設(shè)計。硬件設(shè)計為系統(tǒng)提供定位硬件平臺，定位節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計主要完成無線收發(fā)模塊的數(shù)據(jù)傳輸流程，上位機(jī)軟件接收無線采集數(shù)據(jù)，利用特定算法完成定位，并動態(tài)顯示定位結(jié)果。

　　3 WSN定位節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計

　　3．1 總體設(shè)計

　　定位節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計框架如圖2所示。硬件設(shè)計分為兩部分：無線通信模塊設(shè)計和無線測試模塊設(shè)計。無線通信模塊為節(jié)點(diǎn)間的無線數(shù)據(jù)提供接口，它是節(jié)點(diǎn)核心部分。無線測試模塊通過RS232串口轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸。

　　3．2 硬件實(shí)現(xiàn)

　　無線通信模塊包括CC2430及其相關(guān)外圍電路。由于CC2430集8051內(nèi)核與無線收發(fā)模塊于一體，從而簡化了電路設(shè)計過程，省去了單片機(jī)和無線收發(fā)器件之間接口電路的設(shè)計，縮短了研發(fā)周期。

　　無線測試模塊的串口轉(zhuǎn)換電路采用MAX3232雙通道轉(zhuǎn)換器，工作電壓范圍為3～5．5 V，該電路主要用于協(xié)調(diào)器與PC之間的串口通信。

　　對射頻電路來說，解決好器件間干擾問題是至關(guān)重要的。建議無線通信模塊采用PCB雙層板，頂層用于信號線布線，底層用于電源和地布線，在無布線的開放區(qū)域采用少量過孔相連到地。另外，務(wù)必使CC2430底部可靠接地。外圍器件尺寸盡量小，可使用0402規(guī)格阻容器件。如果使用PCB天線，為了減少板材對PCB天線的影響，使天線獲得最佳性能，可以采用RF4板材，板材介電常數(shù)為4．5，厚度為1 mm，敷銅厚度為0．35μm。無線測試模塊PCB制作無特殊要求。

　　4 定位節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計

　　無線傳感器定位網(wǎng)絡(luò)中存在3種功能類型的節(jié)點(diǎn)，分別為網(wǎng)關(guān)(協(xié)調(diào)器)、參考節(jié)點(diǎn)(路由器)和盲節(jié)點(diǎn)(終端)。網(wǎng)關(guān)在整個系統(tǒng)中有著至關(guān)重要的作用，首先它要接收上位機(jī)發(fā)出的命令，開啟網(wǎng)絡(luò)，等待其他類型節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)，其次還要接收各節(jié)點(diǎn)反饋的有效數(shù)據(jù)并傳輸給上位機(jī)軟件處理。參考節(jié)點(diǎn)是一類靜止的已知自身位置的節(jié)點(diǎn)，它的任務(wù)是接收帶RSSI(Received Signal Strength Indicator)值的信息包并計算RSSI平均值，最終在盲節(jié)點(diǎn)打包各RSSI平均值后，將其發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，傳回上位機(jī)監(jiān)控軟件處理。盲節(jié)點(diǎn)是一類可移動的節(jié)點(diǎn)，可在參考節(jié)點(diǎn)包圍的區(qū)域內(nèi)任意移動。盲節(jié)點(diǎn)向周圍空間廣播RSSI簇，并接收一跳范圍內(nèi)的參考節(jié)點(diǎn)平均RSSI值，打包收到的各平均RSSI值后，無線發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。圖3為整體傳感器網(wǎng)絡(luò)定位通信流程。