无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)由部署在监测区域内的大量小型传感器节点组成,通过无线通信方式形成一个多跳的自组织的网络系统,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息,并发送给观察者。节点的自定位技术是无线传感器网络的关键技术之一,是其研究热点问题。 在WSN中,位置信息对传感器网络的监测活动至关重要,事件发生的位置或获取信息的节点位置是传感器节点监测消息中所包含的重要信息,没有位置信息的监测消息往往毫无意义。定位信息除用来报告事件发生的地点外,还具有目标跟踪、协助路由和进行网络管理等等用途。因此,传感器节点的精确定位对各种应用有着重要的作用。 本文首先介绍了无线传感器网络的相关研究背景,分析了当前国内外关于WSN的研究进展,进而阐明了无线传感器网络中其自定位问题的重要意义。 然后,文章简要介绍了WSN的体系结构以及有关节点定位问题的基本概念,详细阐述了当前的一些主要基于测距和测距无关的定位技术,如TOA、TDOA、RSSI、APIT等算法。在介绍超声波传输特性及测距特点之后,提出了采用双探头超声波直射测距定位的定位系统总体方案。不同于一般利用回波测距定位的方法,系统巧妙利用射频信号和超声波传播速度差异悬殊这一特性实现了直达超声波测距定位,降低了系统实现的复杂度。 最后,本文详细介绍了系统的各部分软硬件设计及工作原理,并对后续工作进行了展望。系统采用模块化方法进行设计,各部分功能界定清晰。嵌入式处理器选择了Arm7内核的LPC2214,网络接入采用ENC28J60网络接口芯片,射频模块则以CC1100射频收发芯片为核心,超声波探头选择了一款40KHz中心频率的压电陶瓷超声探头。超声波发射方面,为了提高振荡的稳定性及测量的精度,本系统设计了专门的振荡产生电路；为增大测距距离,设计了发送驱动电路以增加信号的发射功率。超声波接收方面,设计了多级放大电路和整流、整形电路,再将信号送入数字电路部分。软件方面,系统设计了简单有效的射频通信协议和有线通信协议,给出了各模块的软件设计流程图或功能示意图以及各部分的源代码。获取了实验数据并对系统进行了一定的误差分析。