无线传感器网络定位方法

摘要

无线传感器网络定位方法主要用于解决无线传感器网络中的各节点的定位问题。该装置包括两种节点：信标节点和普通节点。分别具有如下特征：信标节点具有GPS定位模块和无线通信模块，用于接收从GPS卫星网络发来的GPS数据并将电文进行解码，多个信标节点组成一个服务网络通过无线通讯模块为普通节点提供定位服务，处理器模块完成GPS信号的解析并将定位信息通过无线模块进行发送；普通节点采集传感数据处理并发送给上层节点，同时从有信标节点组成的定位网络中获取服务完成自身定位，并根据需要确定定位信息的处理和传输。

主权项

一种无线传感器网络定位节点实现方法，其特征在于该实现方法如下：步骤1)明确节点的主要功能：信标节点的主要功能是接收卫星发送的GPS信号，将经纬度数据转换成位置信息，多个信标节点组合成一个定位子网为其他普通节点提供定位功能；普通节点的主要功能是将传感器模块采集的数据加以处理，融合并发送至上层控制节点，同时普通节点根据需要选择是否传送自身的位置信息，再由上层控制节点转发，然后发送到上位机；两种节点都要求具有高可靠性和高集成度，较好的实时分析与处理能力，数据传输精确性；步骤2)构建节点基本结构：两种节点的基本结构类似，都分为三层，自底向上为：硬件电路层、嵌入式内核系统及软件应用层，在软件应用层对不同的定位需求灵活设计；步骤3)节点模块划分：信标节点主要由五个模块组成：处理器模块、GPS定位模块、无线通信模块、供电模块以及监控模块；普通节点也由五个模块组成：处理器模块、传感器模块、无线通信模块、供电模块以及监控模块；步骤4)配置处理器模块：信标节点的处理器模块需要连接无线通信模块和GPS定位模块，通过处理器的UART接口连接无线通信模块，并选择一个SPI接口连接GPS定位模块；普通节点的处理器模块主要连接一个无线通信模块和一个传感器模块，其中处理器模块选用一个UART接口连接无线通信模块，由于传感器模块上的传感器数量和功能会根据不同的需求加以灵活改变，因此专门为传感器模块分配一个8位的数据接口；步骤5)配置GPS定位模块：GPS定位模块由前端接收天线和GPS芯片组成，完成GPS信号的接收，对所收到的GPS信号进行变换，放大和处理；以便测出GPS信号从卫星到接收天线的时间，解析出GPS卫星所发射的导航电文，实时计算出该点的三维位置；步骤6)配置无线通信模块：该模块实现无线通信并由无线信号的强度来计算距离；高频无线通信模块包括低噪声放大器、混频器、滤波电路、分频器、调制解调器、鉴相器和低通滤波器；对于远距离无线通信模块，在通信芯片与天线之间加一个功率放大器，同时要求有精度更高的低噪声放大器，以此来提高通 信质量和计算精度；步骤7)配置供电模块：供电模块为上述各个模块提供能源，针对节点的睡眠模式、发送模式、接收模式、省电模式四种不同的工作模式，提供了相对应的能源供给方式；步骤8)配置监控模块：采用处理器芯片自身提供的功能，将监控程序分散到各个代码区，执行到任何一个代码区，监控程序每隔一段时间都会被执行，除非节点处于休眠状态，否则一段时间不执行监控代码后，监控电路会自动触发处理器复位，从而保证节点始终可以保持在预定的工作模式；步骤9)节点模块化设置：节点的各个功能模块采用了相互独立的开发模式，信标节点与普通节点的无线通信模块，供电模块，监控模块可以相互通用，并通过相对独立的接口进行连接，降低各个模块的关联度；步骤10)节点可扩展性设置：节点在设计过程中，充分考虑到系统的可扩展性，预留了统一通用的接口，以便今后节点的功能模块的调整和扩展，实现后续产品开发的无缝连接；步骤11)节点系统软件设置：节点的系统软件控制所有实时任务协调一致运行，并采用现代软件工程的设计方法，极大的降低了各功能模块的耦合度，同时加强各功能模块的内聚度，提高了软件的运行效率，方便了后期对代码的维护；步骤12)系统可靠性设置：节点设计中采用抑制迭加在信号通路上噪声的数字滤波和减少冗余指令的方法，采用精简指令系统，同时增加了硬件监控电路，当软件系统遭遇干扰信号跑飞陷入死循环时，监控电路会给系统一个复位信号，让系统重新启动并恢复到正常的运行状态；步骤13)节点其它外围器件选取：受到节点体积的约束，其它外围器件选取尽量小的封装，同时要给节点设计JTAG接口，用以烧录程序及在线仿真；其它器件还包括：外部存储器件、外部晶振、全向天线；步骤14)节点功耗管理设置：节点的功耗管理主要包括了系统级功耗管理，软件代码级优化，寄存器传输优化和后端综合布线优化；步骤15)节点抗干扰性设置：节点在高频无线通信部分设计加载滤波电容，在IC上并接高频电容，采用密集布线以减少高频噪声发射；在传播路径抑制方面，节点设计出带有滤波电路的稳定电源，在I/O口与噪声源之间加以隔离，同时，将干扰源与敏感器件分离。