基于超聲波的定位系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

　　3 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　軟件系統(tǒng)將設(shè)計(jì)的目標(biāo)定位系統(tǒng)布置在實(shí)際的物理硬件上并進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。應(yīng)用系統(tǒng)的軟件流程見圖2所示。

　　在初始階段，所有節(jié)點(diǎn)處于工作狀態(tài)，通過節(jié)點(diǎn)分組組件選擇值班節(jié)點(diǎn)監(jiān)控覆蓋區(qū)域；當(dāng)值班節(jié)點(diǎn)定位到事件后，喚醒相鄰節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)將收集的數(shù)據(jù)匯聚至頭節(jié)點(diǎn)，頭節(jié)點(diǎn)進(jìn)行初步處理以減少錯(cuò)誤數(shù)據(jù)向網(wǎng)關(guān)傳送所引起的路由擁塞；網(wǎng)關(guān)將從底層接收到的數(shù)據(jù)傳送到具有較強(qiáng)處理能力的基站從而估算出發(fā)生事件的大致位置。

　　4 通訊控制結(jié)構(gòu)

　　在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的通訊過程中，節(jié)點(diǎn)在無工作任務(wù)時(shí)的空閑偵聽耗費(fèi)了相當(dāng)寶貴的能量資源；同時(shí)無線信號(hào)在轉(zhuǎn)發(fā)過程中存在丟包、串音、局部消息匯集而引起的擁塞等，在網(wǎng)絡(luò)通訊控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須考慮這些問題。為提高系統(tǒng)的擴(kuò)充性和適應(yīng)性，采用構(gòu)建包括節(jié)點(diǎn)分組、能量管理、路由選擇、時(shí)間同步以及定位估計(jì)等多個(gè)系統(tǒng)組件，方便對(duì)系統(tǒng)的進(jìn)一步修改和提高。

　　與目前Internet網(wǎng)絡(luò)的層結(jié)構(gòu)相比，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在實(shí)際中一般分為物理層、無線鏈路層、路由層和應(yīng)用層，層與層之間通過接口傳遞消息。目前傳輸層并沒有被傳感器網(wǎng)絡(luò)所采用，主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的消息確認(rèn)會(huì)造成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量巨大損耗，而傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸量巨大，對(duì)少量丟失的數(shù)據(jù)并不敏感，所以傳輸層在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的重要性并不大。

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)能量有限、數(shù)據(jù)傳輸率低、可靠性和安全性較差。而且在系統(tǒng)運(yùn)行期間節(jié)點(diǎn)可能隨時(shí)會(huì)遷入、移出或因?yàn)槟芰亢谋M而失效、位置移動(dòng)等，由此引起網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和通訊鏈路控制結(jié)構(gòu)變化。為了盡量延長(zhǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存期，網(wǎng)絡(luò)通訊控制結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量滿足以下條件：當(dāng)系統(tǒng)處于空閑監(jiān)聽狀態(tài)時(shí)，留下少數(shù)節(jié)點(diǎn)維持基本鏈路而使其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠；因?yàn)楣?jié)點(diǎn)的可靠性相對(duì)較差，需要保證骨干鏈路的冗余度；大量節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)來說是一項(xiàng)繁重的任務(wù)，有效運(yùn)用數(shù)據(jù)融合、分布式處理等技術(shù)可減少冗余數(shù)據(jù)并降低無線通訊的次數(shù)；提高擴(kuò)展性和魯棒性，適應(yīng)節(jié)點(diǎn)遷入、移出或失效等各種變化。在應(yīng)用中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能量消耗與其在通訊過程中采用的方式有密切關(guān)系。

　　在實(shí)際環(huán)境中，通過對(duì)設(shè)定的網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域的連續(xù)定位，發(fā)現(xiàn)其事件準(zhǔn)確預(yù)測(cè)率在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的發(fā)現(xiàn)率很高，事件誤報(bào)率很低，這意味著在實(shí)際中雖然節(jié)點(diǎn)的正確數(shù)據(jù)被發(fā)送，但同時(shí)可能在下一個(gè)時(shí)刻發(fā)送的數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的，這也從側(cè)面說明了采取一定措施限制誤報(bào)率的必要性。

　　對(duì)于目標(biāo)定位系統(tǒng)而言，實(shí)時(shí)性是其關(guān)注的另外—個(gè)要點(diǎn)，如果系統(tǒng)不能及時(shí)將網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的處理結(jié)果反饋，再完美的計(jì)算結(jié)果也無意義。從理論上說，系統(tǒng)的延時(shí)是決定性的因素。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　超聲波定位系統(tǒng)可用于一定范圍的無接觸定位，定位精度可達(dá)1cm。由于超聲波的傳播受環(huán)境影響較大，故不推薦在室外使用。在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)環(huán)境和具體要求其應(yīng)用電路可作適當(dāng)改進(jìn)。例如可以將編碼信號(hào)直接加入到超聲波信號(hào)中，這樣的系統(tǒng)可直接用于對(duì)象的識(shí)別。為了增加接收靈敏度，還可以采用類似雷達(dá)天線的反射裝置。本文對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行處理，消減了噪聲的影響，較好地完成了超聲信號(hào)處理的初期工作。建立的超聲回波信號(hào)處理數(shù)學(xué)模型易于實(shí)現(xiàn)；目標(biāo)定位精度高，避免了傳統(tǒng)的模擬檢測(cè)器誤差大的缺點(diǎn)，為危險(xiǎn)性目標(biāo)位置的精度定位提供了借鑒作用。