基于IEEE802.15.4的探测定位器研究与实现

论文摘要

随着无线通信网相关技术的发展以及用户对业务种类需求的提高,无线通信网中测距和定位功能显得越来越重要。目前出现的定位系统存在一些缺点:有的距离较短,抗干扰能力差,定位精度不高,有的体积较大,较重,有的功耗大,电池使用寿命短,还没有定向能力。IEEE802.15.4标准定义了一种低速率、低功耗、低复杂度的短距离通信协议。本文在分析了IEEE802.15.4技术的特点基础上,以解决目前出现定位技术的一些不足,本文完成了以下两个方面的工作:1)在已有的基于RSSI(Radio Signal Strength Indicator)和LQI(Link Quality Indicator)的动态距离估计算法的基础上,进行实际的验证,并最终拟合出分段算法公式;提出了基于RSSI的比值加权定向算法,进行了理论分析和实际验证。2)在基于第一点距离估计和定向算法的基础上,提出了基于IEEE802.15.4技术的近距离探测器设计方案,并根据方案,设计了硬件电路,制定了通信协议,软件流程图,根据软件流程图,开发了探测器程序,研究了系统用到的射频知识,与人合作开发了系统需要的天线,并进行了软、硬件联调,达到第一步效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 本论文的主要工作
• 1.3 论文结构
• 第二章 探测器设计基本理论
• 2.1 IEEE802.15.4 标准简介
• 2.1.1 载波调制
• 2.1.2 CSMA-CA机制
• 2.1.3 可靠性传输机制
• 2.2 RSSI和LQI定义与关系
• 2.2.1 信号强度指示RSSI
• 2.2.2 链路质量指示LQI
• 2.3 天线工作原理
• 2.3.1 八木天线
• 2.3.2 倒F天线
• 2.4 小结
• 第三章 基于RSSI和LQI定位算法研究
• 3.1 基于RSSI和LQI结合的动态加权估计算法
• 3.1.1 RSSI和LQI衰落曲线的分段逼近
• 3.1.2 动态的距离加权估计
• 3.2 RSSI比值加权定向算法
• 3.3 小结
• 第四章 硬件设计
• 4.1 器件选型
• 4.1.1 主控芯片，射频发射芯片选择
• 4.1.2 射频电路部分器件选择
• 4.1.3 其他器件选择
• 4.2 CC2430 芯片性能介绍
• 4.2.1 CC2430 芯片的主要特点
• 4.2.2 CC2430 射频功能模块
• 4.3 系统组成
• 4.3.1 具体电路实现
• 4.3.2 硬件完整电路
• 4.4 小结
• 第五章 软件设计
• 5.1 探测器定位协议
• 5.1.1 系统结构
• 5.1.2 数据通信协议
• 5.2 软件设计流程
• 5.2.1 系统初始化流程
• 5.2.2 节点注册和系统定位流程
• 5.3 小结
• 第六章 系统测试、结论及改进
• 6.1 链接质量（RSSI）与距离的关系测试
• 6.2 链接质量RSSI与距离、方向关系测试
• 6.3 小结
• 第七章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间研究成果
• 附录