基于ARM的WSN声定位节点设计与实现

论文摘要

无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是由部署在监测区域内大量微型、廉价的传感器节点组成,能够协作的完成感知、计算、发送被监测区域对象的信息。无线传感器网络涉及多技术领域,是一个多学科高度交叉的新兴学科。MIT技术评论将其列为十种改变未来世界的新兴技术之首。本文详细介绍了无线传感器网络的体系结构、特点与限制条件等问题。根据传感器网络节点的设计原则和实际应用需求设计了一款基于ARM微处理器的无线传感器网络节点。并对节点的处理器模块、传感器模块、无线通信模块、电源管理模块的设计与实现进行了详细的讨论。在数据链路层方面,本文采用了跳频通信机制来解决定频数据通信过程中其他同频段设备的干扰问题,并根据本文的硬件条件与限制,提出了一套新的、简单的、安全的、可靠的跳频协议—线性跳频协议。节点的位置信息是无线传感器网络大多数应用的基础,对传感器网络的监测活动至关重要。在大多数的定位算法中,距离相关的定位算法具有较高的定位精度,因此本文选择基于距离的定位算法来实现定位。本文在对现有的一些基于距离的定位算法的优缺点进行比较之后,确定了以基于TDOA的定位算法作为最终的定位算法,并对该算法做了一些有效的改进,声测距信号到达时刻采用IIR滤波和幅值分析的方法来实现。最后通过实验验证了定位算法的定位精度,在30米范围内误差最大不超过0.6米。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状与动态
• 1.3 本文的主要内容及章节安排
• 1.4 本章小结
• 2 无线传感器网络概述
• 2.1 无线传感器网络结构
• 2.1.1 传感器网络体系结构
• 2.1.2 传感器节点体系结构
• 2.2 无线传感器网络特点与限制条件
• 2.2.1 无线传感器网络特点
• 2.2.2 传感器节点的限制
• 2.3 传感器网络的应用
• 2.4 本章小结
• 3 节点硬件系统设计与实现
• 3.1 总体结构设计
• 3.1.1 节点设计原则
• 3.1.2 总体方案设计
• 3.2 处理器模块
• 3.3 无线通信模块
• 3.4 传感器模块
• 3.5 电源模块
• 3.6 PC 机与微处理器之间的USART 接口
• 3.7 本章小结
• 4 数据链路层协议研究与设计
• 4.1 跳频通信原理
• 4.2 跳频系统技术指标
• 4.3 跳频系统特点
• 4.4 跳频通信协议设计与实现
• 4.5 本章小结
• 5 定位算法研究与设计
• 5.1 定位算法分类
• 5.2 距离相关的定位算法原理
• 5.3 定位过程实现
• 5.3.1 定位算法修改
• 5.3.2 定位过程实现
• 5.3.3 定位算法仿真
• 5.3.4 节点定位工作流程
• 5.4 本章小结
• 6 实验结果与分析
• 6.1 单节点测距实验
• 6.2 多节点协同定位实验
• 6.3 实验结果分析
• 7 总结及展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 附录1
• 附录2
• 附录3
• 参考文献
• 攻读硕士研究生期间发表的论文及完成的主要工作
• 致谢