一種基于改進型DV-Hop的無線傳感網絡節(jié)點定位裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于改進型DV?Hop的無線傳感網絡節(jié)點定位裝置，該裝置由錨節(jié)點和未知節(jié)點組成，兩者的硬件架構一樣，都包括：433MHz無線模塊、電源模塊、微處理器與存儲器模塊、SWD接口、RS485通信模塊、傳感器接口，錨節(jié)點和未知節(jié)點負責不同的功能；其中，微處理器與存儲器模塊通過USART2串口與433MHz無線模塊連接，通過USART3串口與RS485通信模塊連接，并留有燒錄程序用的SWD接口和傳感器接口。該定位裝置不僅具有硬件結構簡單、成本低的特點，而且采用了RSSI技術輔助測距和未知節(jié)點二次定位求精的方法，提高了節(jié)點的定位精度。
【專利說明】
一種基于改進型DV-Hop的無線傳感網絡節(jié)點定位裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及無線傳感器網絡技術領域，具體涉及一種基于改進型DV-Hop的無線傳感網絡節(jié)點定位裝置。
【背景技術】
[0002]無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks，WSN)是集信號采集、數據處理、信息傳輸于一體的綜合智能系統(tǒng)，具有廣闊的應用前景，是目前非?；钴S的一個領域。WSN采用具有感知、處理和通信能力的傳感器節(jié)點組成，能夠實時采集和監(jiān)測網絡分布區(qū)域中各種被監(jiān)控對象的信息。在很多場合中，未知傳感器位置而感知的數據是沒有任何意義的，所以對傳感器節(jié)點自身位置的確定是WSN眾多研究和應用的基礎。傳感器節(jié)點要完成信息采集、處理和傳輸的功能，必須滿足成本低、體積小、功耗低的要求。因此，如何實現(xiàn)滿足這些要求的傳感器節(jié)點是無線傳感器網絡急需解決的關鍵技術之一。
[0003]基于測距的定位方法定位精度較高，但是這種類型的算法需要單獨的測距過程，硬件成本高和計算開銷大;基于接收信號強度(RSSI)的定位方法無須額外硬件和單獨的測量過程，但無線信號在傳輸的過程中受多徑效應和非視距傳播的影響較大，在錨節(jié)點數量比例偏低時定位精度較差;無需測距的定位方法利用網絡拓撲結構和錨節(jié)點位置進行定位，無需額外的硬件、算法簡單功耗小，但定位精度較差。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有定位裝置硬件結構復雜、成本高的不足，提供了一種基于改進型DV-Hop的無線傳感網絡節(jié)點定位裝置，該定位裝置能夠實現(xiàn)對網絡中未知節(jié)點進行定位。
[0005]根據公開的實施例，本實用新型提出了一種基于改進型DV-Hop的無線傳感網絡節(jié)點定位裝置，所述定位裝置包括錨節(jié)點和未知節(jié)點，上述兩者的硬件架構相同，均包括:433MHz無線模塊1、電源模塊2、微處理器與存儲器模塊3、SWD接口 4、RS485通信模塊5、傳感器接口 6;所述微處理器與存儲器模塊3通過USART2串口與所述433MHz無線模塊I連接，通過USART3串口與所述RS485通信模塊5連接，并與留有燒錄程序用的所述SWD接口4和所述傳感器接口 6連接。
[0006]進一步地，所述的433MHz無線模塊I包括51單片機、射頻芯片SI4432和天線;其中，所述的51單片機實現(xiàn)控制所述射頻芯片SI4432與信號調理功能，所述的射頻芯片SI4432負責信號收發(fā)功能，同時具備接收信號強度指示功能，并用于測量相鄰節(jié)點裝置間的距離。[0007 ]進一步地，所述的電源模塊2由可充電鋰電池和電壓調理電路組成，為其連接的各電路模塊提供3.3V和5V直流電壓。
[0008]進一步地，所述的微處理器與存儲器模塊3包括STM32微處理器和Flash存儲器;其中，所述的STM32微處理器實現(xiàn)錨節(jié)點的平均跳距和未知節(jié)點的估計坐標位置的計算功能，所述的Flash存儲器用于保存各種數據。
[0009]進一步地，所述的SWD接口4用于給所述的微處理器與存儲器模塊3燒錄程序。
[0010]進一步地，所述的RS485通信模塊5由485芯片和外圍電路組成，實現(xiàn)與上位機的遠程通信功能。
[0011]進一步地，所述的傳感器接口6用于連接各種外部傳感器，實現(xiàn)信號接入功能。
[0012]本實用新型相對于現(xiàn)有技術具有如下的優(yōu)點及效果:
[0013]本實用新型公開的一種基于改進型DV-Hop的無線傳感網絡節(jié)點定位裝置及定位方法，不僅具有硬件結構簡單、成本低的特點，而且采用了RSSI技術輔助測距和未知節(jié)點二次定位求精的方法，提高了節(jié)點的定位精度。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型公開的一種基于改進型DV-Hop的無線傳感網絡節(jié)點定位裝置的結構框圖；
[0015]圖2是本實用新型公開的一種基于改進型DV-Hop的無線傳感網絡節(jié)點定位裝置的節(jié)點分布圖；
[0016]圖3是本實用新型公開的一種基于改進型DV-Hop的無線傳感網絡節(jié)點定位方法的流程步驟圖。
【具體實施方式】
[0017]為使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本實用新型進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0018]實施例
[0019]如圖1所示，一種基于改進型DV-Hop的無線傳感網絡節(jié)點定位裝置，由錨節(jié)點和未知節(jié)點組成，兩者的硬件架構一樣，都包括:433MHz無線模塊1、電源模塊2、微處理器與存儲器模塊3、SWD接口 4、RS485通信模塊5、傳感器接口 6，錨節(jié)點和未知節(jié)點負責不同的功能;微處理器與存儲器模塊3通過USART2串口與433MHz無線模塊I連接，通過USART3串口與RS485通信模塊5連接，并留有燒錄程序用的SWD接口 4和傳感器接口 6 333MHz無線模塊I包括51單片機、射頻芯片SI4432、天線，51單片機實現(xiàn)控制射頻芯片SI4432與信號調理功能，射頻芯片SI4432負責信號收發(fā)功能，同時具備接收信號強度指示(Received Signal StrengthIndicator，RSSI)功能可用于測量相鄰節(jié)點裝置間的距離。
[0020]電源模塊2由可充電鋰電池和電壓調理電路組成，可以給與其連接的電路模塊提供3.3V和5V直流電。微處理器與存儲器模塊3包括STM32微處理器和Flash存儲器，STM32微處理器實現(xiàn)錨節(jié)點的平均跳距和未知節(jié)點的估計坐標位置的計算等功能，F(xiàn)lash存儲器用于保存各種數據。SWD接口 4用于給微處理器與存儲器模塊3燒錄程序。RS485通信模塊5由485芯片和外圍電路組成，實現(xiàn)與上位機的遠程通信功能。傳感器接口 6用于連接各種外部傳感器，實現(xiàn)信號接入功能。
[0021]如圖2所示，一種基于改進型DV-Hop的無線傳感網絡節(jié)點定位裝置，由錨節(jié)點和未知節(jié)點組成，它們隨機的分布在工作區(qū)域當中，其中錨節(jié)點的位置已知，未知節(jié)點根據錨節(jié)點的位置和節(jié)點間的估計距離，利用三邊或極大似然估計方法進行定位。
[0022]如圖3所示，一種基于改進型DV-Hop的無線傳感網絡節(jié)點定位方法的流程步驟圖，其基本的定位流程如下:首先所有錨節(jié)點按次序通過433MHz無線模塊I向網絡中廣播包含自身位置和跳數信息的數據包，同時其他所有錨節(jié)點和未知節(jié)點通過433MHz無線模塊I接收各個錨節(jié)點發(fā)來的數據包，經過微處理器與存儲器模塊3的分析，所有節(jié)點獲得到所有錨節(jié)點的最小跳數。利用到其他錨節(jié)點的最小跳數和所有錨節(jié)點自身已知的位置信息，每個錨節(jié)點的微處理器與存儲器模塊3計算出自身平均跳距，并通過433MHz無線模塊I向網絡中廣播包含平均跳距的數據包。未知節(jié)點接收由最近錨節(jié)點發(fā)來的平均跳距信息并保存，同時利用保存的到所有錨節(jié)點的最小跳數和平均跳距信息，計算出到所有錨節(jié)點的估計跳段距離。每個未知節(jié)點利用433MHz無線模塊I中的射頻芯片SI4432接收并指示相鄰節(jié)點間的信號衰減強度，根據RSSI測距技術計算出節(jié)點間的直線距離。由已知的錨節(jié)點位置和到錨節(jié)點的估計距離，每個未知節(jié)點利用三邊或極大似然估計法計算出自身的估計坐標位置，計算過程中若錨節(jié)點為未知節(jié)點的鄰居節(jié)點，則使用RSSI測距技術測得的直線距離代替估計跳段距離進行計算。所有未知節(jié)點以其周圍鄰居節(jié)點為參考計算出自身的質心坐標，同時根據周圍鄰居節(jié)點的質心坐標和RSSI測距技術測得的相鄰節(jié)點間距離，利用極大似然估計法進行二次定位得到所有未知節(jié)點的最終估計坐標位置。
[0023]上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于改進型DV-Hop的無線傳感網絡節(jié)點定位裝置，其特征在于:所述定位裝置包括錨節(jié)點和未知節(jié)點，上述兩者的硬件架構相同，均包括:433MHz無線模塊(I)、電源模塊(2)、微處理器與存儲器模塊(3)、SWD接口(4)、RS485通信模塊(5)、傳感器接口(6);所述微處理器與存儲器模塊(3)通過USART2串口與所述433MHz無線模塊(I)連接，通過USART3串口與所述RS485通信模塊(5)連接，并與留有燒錄程序用的所述SWD接口(4)和所述傳感器接口(6)連接。2.根據權利要求1所述的一種基于改進型DV-Hop的無線傳感網絡節(jié)點定位裝置，其特征在于:所述的433MHz無線模塊(I)包括51單片機、射頻芯片SI4432和天線;其中，所述的51單片機實現(xiàn)控制所述射頻芯片SI4432與信號調理功能，所述的射頻芯片SI4432負責信號收發(fā)功能，同時具備接收信號強度指示功能，并用于測量相鄰節(jié)點裝置間的距離。3.根據權利要求1所述的一種基于改進型DV-Hop的無線傳感網絡節(jié)點定位裝置，其特征在于:所述的電源模塊(2)由可充電鋰電池和電壓調理電路組成，為其連接的各電路模塊提供3.3V和5V直流電壓。4.根據權利要求1所述的一種基于改進型DV-Hop的無線傳感網絡節(jié)點定位裝置，其特征在于:所述的微處理器與存儲器模塊(3)包括STM32微處理器和Flash存儲器;其中，所述的STM32微處理器實現(xiàn)錨節(jié)點的平均跳距和未知節(jié)點的估計坐標位置的計算功能，所述的Flash存儲器用于保存各種數據。5.根據權利要求1所述的一種基于改進型DV-Hop的無線傳感網絡節(jié)點定位裝置，其特征在于:所述的SWD接口(4)用于給所述的微處理器與存儲器模塊(3)燒錄程序。6.根據權利要求1所述的一種基于改進型DV-Hop的無線傳感網絡節(jié)點定位裝置，其特征在于:所述的RS485通信模塊(5)由485芯片和外圍電路組成，實現(xiàn)與上位機的遠程通信功會K。7.根據權利要求1所述的一種基于改進型DV-Hop的無線傳感網絡節(jié)點定位裝置，其特征在于:所述的傳感器接口(6)用于連接各種外部傳感器，實現(xiàn)信號接入功能。
【文檔編號】H04W40/20GK205622886SQ201620319747
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年4月15日
【發(fā)明人】黎善斌, 謝浩, 李偉勝, 胥布工
【申請人】華南理工大學