室内机器人超声定位系统中信标识别机制的研究

论文摘要

室内机器人超声定位系统为机器人的精确定位和导航提供重要的平台。其中,固定节点和安置在机器人上的目标节点之间的通信是至关重要的。本文在采用无源的信标网络和被动定位方式的前提下,根据超声波的覆盖特性,利用射频同步和碰撞信号的位检测方法识别超声选定的信标节点,能够节省定位时间,达到实时性和具有较高的定位精度,同时也保证了系统的私密性。作者主要完成的研究工作包括：1、对定位技术和信标识别方法的国内外研究现状进行了调研,并对常用的定位技术进行了分析和比较。2、研究了Active Bat系统和Cricket系统的通信机制,并结合这两种机制的优缺点,设计了一种室内定位系统的信标识别机制和相应的信标节点网络。3、对射频防碰撞算法进行研究,并注重对基于时分多址法的防碰撞算法依次做了简要的分析,并研究了基于二进制树算法的位检测方法。4、设计收发一体式超声波收发模块和采用Chipcon公司推出的低成本、低功耗、可编程射频芯片CC1101与Atmel公司的AT89S52微处理器设计了射频收发模块。并通过编写相应的软件使这两个模块分别配置为信标节点和目标节点。整个系统的无线频率设定在无需申请频段许可的433MHz。5、完成了超声波收发模块、射频收发模块、温度测试模块和电源模块的硬件电路设计以及电路板的制作,并设计了相应的应用程序和驱动程序,加以烧写；实现了节点坐标、环境温度等数据信息的射频传输,同时进行了测距、定位、节点识别等试验。6、对试验结果进行分析,并进一步将本文的信标识别机制与私密性较高的Cricket系统的通信机制进行MATLAB仿真比较。在仿真比较中显示了应用本文的机制具有更高的实时性和定位精度。论文最后对所做的工作及过程中的一些问题加以总结和研究,并提出了相应的改进方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图清单
• 表格清单
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 课题相关技术的研究现状
• 1.2.2 信标识别的研究现状
• 1.3 本文的研究目的及内容
• 第二章 用于室内超声定位的信标识别机制
• 2.1 室内超声定位系统的结构
• 2.1.1 无源架构和有源架构
• 2.1.2 通信方式
• 2.2 常用的室内超声定位系统的通信机制
• 2.2.1 Active Bat系统的通信机制
• 2.2.2 Cricket系统的通信机制
• 2.3 用于信标识别的防碰撞算法
• 2.3.1 时隙ALOHA算法
• 2.3.2 二进制树算法
• 2.3.3 基于二进制树算法的位检测方法
• 2.4 基于位检测的室内超声定位系统的设计
• 2.4.1 本系统的网络架构
• 2.4.2 信标识别机制
• 2.5 本章小结
• 第三章 系统节点硬件电路和程序设计
• 3.1 系统节点整体结构
• 3.2 硬件选型
• 3.3 超声波收发模块设计
• 3.3.1 硬件部分
• 3.3.2 软件部分
• 3.4 射频收发模块设计
• 3.4.1 硬件部分
• 3.4.2 软件部分
• 3.5 其他模块设计
• 3.6 本章小结
• 第四章 实验分析与结果
• 4.1 系统实验
• 4.2 仿真实验
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 主要工作总结
• 5.2 本文的改进点
• 5.3 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢