一種基于tdoa的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于TDOA的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位裝置，屬于嵌入式開(kāi)發(fā)與無(wú)線通信的交叉領(lǐng)域。本實(shí)用新型所述定位裝置由錨節(jié)點(diǎn)和未知節(jié)點(diǎn)組成；所述錨節(jié)點(diǎn)包括電源模塊Ⅰ、CC2420射頻模塊Ⅰ、處理器模塊Ⅰ、RF12射頻模塊Ⅰ、超聲波收發(fā)模塊Ⅰ、JTAG接口Ⅰ、傳感器接口Ⅰ、串口模塊，所述未知節(jié)點(diǎn)包括電源模塊Ⅱ、CC2420射頻模塊Ⅱ、處理器模塊Ⅱ、RF12射頻模塊Ⅱ、超聲波收發(fā)模塊Ⅱ、JTAG接口Ⅱ、傳感器接口Ⅱ；其中處理器模塊通過(guò)SPI接口與CC2420射頻模塊連接，通過(guò)通用I/O接口模擬SPI接口功能分別與RF12射頻模塊、超聲波收發(fā)模塊連接。本實(shí)用新型操作簡(jiǎn)單，使用方便；成本低。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種基于TDOA的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種基于TD0A的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位裝置，屬于嵌入式開(kāi)發(fā)與無(wú)線通信的交叉領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network, WSN)的研究起步于20世紀(jì)90年代末期，是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對(duì)象的信息。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)的巨大應(yīng)用價(jià)值，它已經(jīng)引起了世界許多國(guó)家的軍事部門(mén)、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的極大關(guān)注.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過(guò)節(jié)點(diǎn)之間的相互協(xié)作來(lái)完成任務(wù)。因此能應(yīng)用于許多領(lǐng)域。因此傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以被廣泛地應(yīng)用于國(guó)防、軍事、安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通管理、醫(yī)療衛(wèi)生等許多領(lǐng)域。
[0003]無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)采集的信息，都需要包含有位置信息才有意義。所以無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中定位是現(xiàn)在所面臨的一個(gè)難題?，F(xiàn)有的基于GPS的定位裝置，成本昂貴；基于到達(dá)角度(Angle Of Arrival, Α0Α)的定位裝置需要添加天線陣列，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜且增加了節(jié)點(diǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有定位裝置成本高的不足，提供了一種基于TDOA (Time Difference Of Arrival,到達(dá)時(shí)間差)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位裝置。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種基于TD0A的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位裝置，所述定位裝置由錨節(jié)點(diǎn)1和未知節(jié)點(diǎn)2組成；所述錨節(jié)點(diǎn)1包括電源模塊I 11、CC2420射頻模塊I 12、處理器模塊I 13、RF12射頻模塊I 14、超聲波收發(fā)模塊I 15、JTAG接口 I 16、傳感器接口 I 17、串口模塊18，所述未知節(jié)點(diǎn)2包括電源模塊II 21、CC2420射頻模塊II 22、處理器模塊II 23、RF12射頻模塊II 24、超聲波收發(fā)模塊II 25、JTAG接口 II 26、傳感器接口
II27 ;其中處理器模塊通過(guò)SPI接口與CC2420射頻模塊連接，通過(guò)通用1/0接口模擬SPI接口功能分別與RF12射頻模塊、超聲波收發(fā)模塊連接。
[0006]所述錨節(jié)點(diǎn)1和未知節(jié)點(diǎn)2中的電源模塊使用2節(jié)1.5v干電池及使用升壓芯片構(gòu)成的升壓電路和穩(wěn)壓芯片構(gòu)成的穩(wěn)壓電路為各個(gè)模塊供電。
[0007]本實(shí)用新型的有益效果是:操作簡(jiǎn)單，使用方便；不需要安裝昂貴的天線陣列，有效地降低了成本。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為本實(shí)用新型中所述錨節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)連接框圖；
[0009]圖2為本實(shí)用新型中所述未知節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)連接框圖；[0010]圖3為本實(shí)用新型中電源模塊的電路圖；
[0011]圖4為本實(shí)用新型中處理器模塊與各個(gè)模塊連接的電路圖；
[0012]圖中各標(biāo)號(hào)為:1為錨節(jié)點(diǎn)、11為電源模塊1、12為CC2420射頻模塊1、13為處理器模塊1、14為RF12射頻模塊1、15為超聲波收發(fā)模塊1、16為JTAG接口 1、17為傳感器接口 1、18為串口模塊、2為未知節(jié)點(diǎn)、21為電源模塊11、22為CC2420射頻模塊I1、23為處理器模塊I1、24為RF12射頻模塊II >25為超聲波收發(fā)模塊I1、26為JTAG接口 I1、27為傳感器接口 II。
【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例1:如圖1-4所示，一種基于TD0A的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位裝置,所述定位裝置由錨節(jié)點(diǎn)1和未知節(jié)點(diǎn)2組成；所述錨節(jié)點(diǎn)1包括電源模塊I 11、CC2420射頻模塊I 12、處理器模塊I 13、RF12射頻模塊I 14、超聲波收發(fā)模塊I 15、JTAG接口 I 16、傳感器接口 I 17、串口模塊18，所述未知節(jié)點(diǎn)2包括電源模塊II 21、CC2420射頻模塊II 22、處理器模塊II 23、RF12射頻模塊II 24、超聲波收發(fā)模塊II 25、JTAG接口 II 26、傳感器接口 II 27 ；其中處理器模塊通過(guò)SPI接口與CC2420射頻模塊連接，通過(guò)通用I/O接口模擬SPI接口功能分別與RF12射頻模塊、超聲波收發(fā)模塊連接。
[0014]所述錨節(jié)點(diǎn)1和未知節(jié)點(diǎn)2中的電源模塊使用2節(jié)1.5v干電池及使用升壓芯片構(gòu)成的升壓電路和穩(wěn)壓芯片構(gòu)成的穩(wěn)壓電路為各個(gè)模塊供電。
[0015]實(shí)施例2:如圖1-4所示，一種基于TD0A的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位裝置,所述定位裝置由錨節(jié)點(diǎn)1和未知節(jié)點(diǎn)2組成；所述錨節(jié)點(diǎn)1包括電源模塊I 11、CC2420射頻模塊I 12、處理器模塊I 13、RF12射頻模塊I 14、超聲波收發(fā)模塊I 15、JTAG接口 I 16、傳感器接口 I 17、串口模塊18，所述未知節(jié)點(diǎn)2包括電源模塊II 21、CC2420射頻模塊II 22、處理器模塊II 23、RF12射頻模塊II 24、超聲波收發(fā)模塊II 25、JTAG接口 II 26、傳感器接口 II 27 ；其中處理器模塊通過(guò)SPI接口與CC2420射頻模塊連接，通過(guò)通用I/O接口模擬SPI接口功能分別與RF12射頻模塊、超聲波收發(fā)模塊連接。所述錨節(jié)點(diǎn)1和未知節(jié)點(diǎn)2中的電源模塊使用2節(jié)1.5v干電池及使用升壓芯片構(gòu)成的升壓電路和穩(wěn)壓芯片構(gòu)成的穩(wěn)壓電路為各個(gè)模塊供電。
[0016]1、電源模塊設(shè)計(jì):電源模塊使用2節(jié)1.5v干電池為上述所有模塊提供電源。為了滿(mǎn)足超聲波收發(fā)模塊需要5V電壓，因此設(shè)計(jì)了以BL8530芯片為核心的升壓電路，將3v電源提高到5v。同時(shí)針對(duì)電源使用出現(xiàn)的電壓不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了使用REG1117芯片構(gòu)成的穩(wěn)壓電路為各個(gè)模塊提供能源。
[0017]2、CC2420射頻模塊設(shè)計(jì):CC2420射頻模塊由CC2420芯片，外圍電路和天線組成。發(fā)送時(shí):CC2420芯片將數(shù)據(jù)送到發(fā)送緩存器，通過(guò)外圍電路對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻、D/A變換、低通濾波、調(diào)制、放大后，最后經(jīng)過(guò)天線發(fā)送。接收時(shí):天線接收到射頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)下變頻處理、濾波、放大、A/D變換、數(shù)字解調(diào)，恢復(fù)出傳輸?shù)恼_數(shù)據(jù)包放到CC2420芯片的FIFO緩存器中，通過(guò)SPI接口傳輸給ATMEGAL128芯片。
[0018]3、處理器模塊設(shè)計(jì):錨節(jié)點(diǎn)和未知節(jié)點(diǎn)的處理器均使用ATMEGAL128L芯片，ATMEGAL128L芯片使用SPI接口與CC2420射頻模塊連接，使用通用I/O接口模擬SPI接口功能與RF12模塊連接。[0019]4、RF12射頻模塊設(shè)計(jì):RF12模塊內(nèi)部集成所有射頻功能，因此發(fā)送時(shí):處理器通過(guò)I/O接口配置好RF12的參數(shù)，再將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)通過(guò)I/O接口寫(xiě)入RF12發(fā)射寄存器，RF12自動(dòng)將數(shù)據(jù)調(diào)制后通過(guò)天線發(fā)送。接收時(shí):當(dāng)RF12成功接收到信息時(shí)，通過(guò)中斷的方式，通知處理器讀取數(shù)據(jù)。
[0020]5、超聲波收發(fā)模塊設(shè)計(jì):超聲波發(fā)送電路由MAX232、外圍電路和換能頭構(gòu)成。當(dāng)ATMEGAL128芯片的引腳PE3引腳輸出高電平、PE4和PE5引腳以40KHz的頻率交替輸出高低電平時(shí)，MAX232芯片將PE4和PE5的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大發(fā)送到換能頭，換能頭將信號(hào)轉(zhuǎn)化成超射波發(fā)送出去。超聲波接收電路由TL074四路運(yùn)算放大器、外圍電路、換能頭構(gòu)成。當(dāng)換能頭接收到超聲波信號(hào)將其轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，信號(hào)通過(guò)外圍電路的濾波，TL074四路運(yùn)算放大器的放大后傳輸?shù)紸TMEGAL128芯片的引腳PE7。
[0021]6、JTAG接口設(shè)計(jì):使用2.54mm雙排針將ATMEGAL128芯片支持的IEEE1149.1協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口擴(kuò)展出來(lái)，以便完成對(duì)非易失性存儲(chǔ)器、熔絲位進(jìn)行編程，以及調(diào)試仿真。
[0022]7、傳感器接口設(shè)計(jì):使用1.25mm單排針將ATMEGAL128芯片的ΡΑ0?PA3的I/O接口擴(kuò)展出來(lái)，以便和采集不同物理信息的傳感器連接。
[0023]8、串口模塊設(shè)計(jì):由MAX3232芯片和外圍電路組成，主要完成錨節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)的通信。通過(guò)串口，上位機(jī)可以讀取錨節(jié)點(diǎn)處理器中儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)。
[0024]上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本實(shí)用新型宗旨的前提下作出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種基于TDOA的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位裝置，其特征在于:所述定位裝置由錨節(jié)點(diǎn)(1)和未知節(jié)點(diǎn)(2)組成；所述錨節(jié)點(diǎn)(1)包括電源模塊I (11)、CC2420射頻模塊I(12)、處理器模塊I (13)、RF12射頻模塊I (14)、超聲波收發(fā)模塊I (15)、JTAG接口 I(16)、傳感器接口 I (17)、串口模塊(18)，所述未知節(jié)點(diǎn)(2)包括電源模塊II (21)、CC2420射頻模塊II (22)、處理器模塊II (23)、RF12射頻模塊II (24)、超聲波收發(fā)模塊II (25)、JTAG接口 II (26)、傳感器接口 II (27);其中處理器模塊通過(guò)SPI接口與CC2420射頻模塊連接，通過(guò)通用I/O接口模擬SPI接口功能分別與RF12射頻模塊、超聲波收發(fā)模塊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于TD0A的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位裝置，其特征在于:所述錨節(jié)點(diǎn)(1)和未知節(jié)點(diǎn)(2)中的電源模塊使用2節(jié)1.5v干電池及使用升壓芯片構(gòu)成的升壓電路和穩(wěn)壓芯片構(gòu)成的穩(wěn)壓電路為各個(gè)模塊供電。
【文檔編號(hào)】H04W84/18GK203523048SQ201320591578
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】遲子鋮, 羅平, 向鳳紅, 毛劍琳, 付麗霞, 郭寧, 段紹米 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)