基于ZigBee的机器人定位导航研究

论文摘要

无线传感器网络是当前国际上备受关注的、由多学科高度交叉的新兴前沿研究热点。无线传感器网络综合了传感器技术、无线通讯技术和计算机技术等,具有信息采集、传输和处理的能力。低成本、低功耗、应用简单的ZigBee协议的诞生为无线传感器网络及大量基于微控制的应用提供了互联互通的国际标准,也为这些应用及相关产业的发展提供了有力的契机。目前,国内主要以ZigBee技术的应用研究为主,但对外完全公布的协议栈的厂家非常少。出于发展的需要,TI在2007年4月份公布了其ZigBee协议栈Z-Stack,让国内用户真正体会到开发的低成本。本文在ZigBee网络中着重研究了机器人的定位导航方法。本文首先介绍了无线传感器网络并分析了ZigBee技术的基本结构和网络拓扑,选择了适合本系统的网络类型。在比较了当前的机器人定位导航方式之后,采用磁阻传感器为机器人导航,以RSSI（Receive Signal Strength Indicator）作为机器人的定位手段,并且对系统进行了设计。然后给出了各功能部分的实现过程,并设计了系统的软件。最后对整个系统进行了一些实验。首先对系统中的通信部分进行测试,分析了系统的稳定性。然后利用磁阻传感器实现机器人的导航,着重分析了干扰和实现的精度。最后进行了定位导航的实验,对软硬件进行了评估。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 无线传感器网络发展现状
• 1.3 ZigBee 技术概述
• 1.4 几种短距离无线通信技术比较
• 1.5 本课题研究内容
• 第2章 ZigBee 协议结构分析及网络类型
• 2.1 ZigBee 协议结构
• 2.1.1 IEEE802.15.4 物理层规范
• 2.1.2 IEEE802.15.4 MAC 规范
• 2.1.3 网络层规范
• 2.1.4 应用层规范
• 2.2 ZigBee 网络设备构成
• 2.2.1 设备分类及其功能
• 2.2.2 地址分配模式
• 2.3 ZigBee 网络拓扑
• 2.3.1 星型网络
• 2.3.2 树型网络
• 2.3.3 网状网络
• 2.3.4 机器人定位的网络拓扑选择
• 2.4 ZigBee 技术的应用领域
• 2.5 本章小结
• 第3章 机器人的定位导航方法分析
• 3.1 定位方式介绍
• 3.2 改进的定位方法
• 3.3 导航方法比较
• 3.4 本章小结
• 第4章 机器人系统的硬件设计
• 4.1 系统总体设计
• 4.2 移动机器人机构部分
• 4.3 主芯片外围电路
• 4.4 电源部分设计
• 4.5 运动控制部分设计
• 4.6 导航控制部分设计
• 4.7 串口通信部分设计
• 4.8 复位和JTAG 仿真接口设计
• 4.9 本章小结
• 第5章 ZigBee 无线网络的实现和软件设计
• 5.1 引言
• 5.2 开发平台介绍
• 5.3 协议栈的移植
• 5.4 网络的形成过程
• 5.4.1 协调器建立网络内部初始化过程
• 5.4.2 节点加入网络过程
• 5.5 磁阻传感器信号采集的软件设计
• 5.6 系统软件实现
• 5.7 本章小结
• 第6章 实验与结果分析
• 6.1 引言
• 6.2 串口测试及结果分析
• 6.2.1 实验过程
• 6.2.2 实验结果分析
• 6.3 组网及通信测试
• 6.3.1 组网实验
• 6.3.2 节点间通信实验
• 6.3.3 实验结果分析
• 6.4 机器人导航实验
• 6.4.1 导航实验过程
• 6.4.2 实验结果分析
• 6.5 定位导航实验
• 6.5.1 定位导航实验过程
• 6.5.2 实验结果分析
• 6.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢