基于ZigBee无线传感器网络的室内定位系统研究与设计

朱寒 毛如梦 王炳伟

【摘要】随着科学技术水平的提高，各种技术均有着较快的发展速度，其中嵌入式技术、无线通信技术、纳米技术与智能传感器技术均有着广泛的应用，近几年，无线传感器网络的研究日益深入，它与诸多的技术进行着融合，如计算机技术、网络技术、设计技术与通讯技术等，在此基础上，无线传感器网络具有了网络化、系统化与集成化的特点。在此基础上，本文研究了ZigBee无线传感器网络及ZigBee无线定位系统，旨在提高无线定位的可靠性、稳定性与经济性。

【关键词】ZigBee 无线传感器网络 定位系统 设计

引言：日前，社会正处于信息时代，智能化与信息化是时代最为显著的特点，为了满足人们的无线定位需求，无线定位系统随之出现，该系统结合了各种技术，主要有信息采集处理、网络通讯技术、嵌入式软硬件与无线数据传输等。随着各项技术的发展，ZigBee无线传感器网络满足了人们的室内定位需求，它具有诸多的优点，如：可靠性、准确性、灵活性与高效性等。

一、ZigBee无线传感器网络的概况

1.1

ZigBee定位系统的设计

ZigBee无线传感器网络定位系统是由两部分组成的，分别为ZigBee无线网络定位系统与CAN总线数据传输系统。两个系统均具有先进性，其网络结构结合了有线与无线，有线部分主要承担着传输数据的任务，无线部分主要承担着采集数据的任务。无线传感器网络其设备的安装十分便捷，此时的定位系统布线具有广泛性与全面性，同时此系统具有可靠性、稳定性与灵活性的特点。ZigBee无线传感器网络的设计要求如下：1、功耗低。在设计时，首先要解决的问题便是无线传感器网络节点的功耗问题，该网络的节点具有众多的数量，同时其分布也具有广泛性，在此基础上，供电设备的更换具有较高的难度，此时对节点功耗有着严格的要求，不仅要保持较低的功耗，还要保持较长的供电时间。2、成本低。无线传感器网络节点设计的优劣是有其成本进行衡量的，虽然其节点的布置工作量较大，但仍要注重对其成本的控制，唯有保证成本的最低值，才能够实现节点的广泛运用。此时，无线传感器节点的设计要具有简洁性。3、微型化。网络设备节点要保证其体积的最小化，在不影响目标系统特性的基础上，对软件程序进行设计，此时的模块要具备简洁性与精准性，避免冗余代码的出现；同时软件代码要保持独特性与针对性，不同的系统配有相应的代码。4、稳定性。网络节点的稳定性主要是对硬件的要求，即便外部环境发生变化，其硬件也要保持稳定的工作，具体的模块包括微处理器、无线通信、电源模块与传感器模块…。

1.2

ZigBee协议栈的概述

1、技术特点。具体内容如下：低速率、低功耗、安全性、可靠性、灵活性与自愈性，同时其成本较低、容量较大。2、节点与通讯。ZigBee网络节点主要有三类，分别为协调器、参考节点与定位节点，第一个节点在整个系统中扮演着重要的角色，其芯片为CC2430芯片。ZigBee通讯方式主要有单点传送，它属于标准寻址传送模式，还包括间接传统与广播传送等。3、协议栈结构。协议栈结构具有七层，其中较为重要的为物理层、访问控制层、网络层与应用层。应用层还包括安全与鉴权、数据汇聚与设备发现等。

二、ZigBee无线定位系统设计

1、芯片的选择。在纳米技术的支持下，芯片得到了快速的发展，其产量在逐年增多。同时，其生产的成本也在逐渐降低，芯片的集成度也在进一步提高，芯片具有了更多的功能，其供电的管理也具有了集中性，在此基础上，系统的功耗得到了降低。ZigBee无线定位系统的低功耗特点对其发展有着积极的意义。ZigBee芯片的种类较多，因此，对于ZigBee无线定位系统而言，要选择低成本、低功耗、微型化与简洁性的芯片，如：CC2430与CC2431芯片。

2、芯片的功能。CC2430芯片属于参考节点芯片，其优点如下：低功耗、高集成、抗干扰、强灵敏，其功能主要有DMA功能，硬件支持功能、数字化支持功能与集成安全协处理器，同时还具备电池监测功能。CC2431芯片属于定位节点芯片，它具有低功耗的特点，满足了ZigBee无线传感器网络的实际需求，因此，具有较强的适用性；同时该芯片的定位具有较高的准确性，其成本也相对较低，因此，在市场上具有较强的竞争力。

3、硬件电路设计。ZigBee无线网络对网络节点有较高的要求，如：低功耗与低成本，因此，对芯片的选择为CC2430，该芯片具有较高的集成度，同时构建过程中对外围元器件的需求量较少，进而成本得到了控制。

4、软件程序设计。ZigBee无线传感器网络定位系统要硬件平台设计的背景下，对软件平台展开了设计，主要的软件程序分为参考节点与定位节点，此时的节点具有无线定位的功能。在软件系统中选用了C语言进行的编写。

参考节点的设计功能有定位网络、收发数据、收集定位节点信号强度、保存网络ID与坐标信息等。定位节点的设计功能有定位网络、收发数据、控制参考节点的信号强度、保存与发送网络ID与坐标信息。

总结：综上所述，无线定位技术在不断发展，促进了ZigBee无线传感器网络的完善，该网络具有一系列的优点，如：低成本、低功耗与便捷性、灵活性等，为了满足人们的定位需求，本文研究了基于ZigBee无线传感器网络的室内定位系统研究与设计，分别介绍了ZigBee无线传感器网络与ZigBee定位系统设计，相信，随着研究的日益深入，该系统的功能将更加完善，其性能也将得到相应的提高。