摘要：為了適應室內人員追蹤定位系統(tǒng)對節(jié)點體積、供電、定位精度等的要求，提出了一種以ATmega128L單片機和NA5TR1無線收發(fā)芯片為核心的無線定位節(jié)點的硬件電路設計方案。ATmega128L單片機具有低功耗的體眠模式，能有效降低節(jié)點功耗，NA5TR1無線收發(fā)芯片采用線性調頻擴頻技術進行測距，經(jīng)實驗證明，該測距方法能有效地提高測距精度，從而提高定位的精度。
關鍵詞：無線定位；節(jié)點設計；線性調頻擴頻；NA5TR1；ATmega128L

隨著科學技術的發(fā)展，很多新型的化工企業(yè)正向著信息化、智能化、無人化的方向發(fā)展，但在其發(fā)展過程中，傳統(tǒng)人工監(jiān)測設備的方法仍將在高危生產(chǎn)區(qū)域中占據(jù)主導。盡管已經(jīng)采取很多措施以提高整個生產(chǎn)過程中的安全性能，一些由設備隱患、制度缺陷、工作疏忽或個人違章行為等原因引起的安全事故仍舊威脅著現(xiàn)場工作人員的生命安全。在提高工作人員的安全意識和改進設備來避免事故發(fā)生的同時，也要在事故發(fā)生之后采取有效的措施使資源、財產(chǎn)、生命的損失降到最低，尤其是要保障高危生產(chǎn)區(qū)域工作人員的生命安全。在事故發(fā)生以后，如果能對事故現(xiàn)場遇難人員的位置進行定位，將可以大大加快搜救的速度，提高搜救的效率。目前可用來室內定位的技術主要有紅外線室內定位技術、超聲波定位技術、射頻識別技術、藍牙技術、Zigbee技術等，但是這些技術在室內定位領域有著各自的不足。例如，紅外和超聲波無法對移動的物體進行定位；射頻識別技術通信距離短，定位精度低；藍牙技術功耗大，傳輸距離短，穩(wěn)定性差；Zigbee技術定位精度低，抗干擾能力弱等。除了這些技術外，還有最新的線性調頻擴頻技術，線性調頻擴頻技術利用射頻信號到達的時間差來測量節(jié)點間的距離，進而對節(jié)點進行定位。該技術具有發(fā)射功率低、通信穩(wěn)定性好、抗干擾能力強、定位精度高等特點，能很好地用于化工生產(chǎn)環(huán)境的人員定位。本文采用的無線收發(fā)芯片即為利用CSS技術的NA5TR1。

1 線性調頻擴頻技術
Chirp信號是瞬時頻率隨時間線性變化的正弦波信號，通過對載波頻率進行調制以增加信號的發(fā)射帶寬并在接收時實現(xiàn)脈沖壓縮，頻譜帶寬較大，具有良好的自相關性。用Chirp信號進行擴頻的通信方式被稱為線性調頻擴頻?；诰€性調頻擴頻的測距過程如圖1所示。第1次測量時，節(jié)點1向節(jié)點2發(fā)送數(shù)據(jù)包并接收節(jié)點2發(fā)送的應答，計算出從發(fā)出數(shù)據(jù)包到接收到應答的傳播延時T1，節(jié)點2從接收到數(shù)據(jù)包開始計時，一直到節(jié)點2發(fā)送出應答即停止計時，得到處理延時T2。第二次測量時，節(jié)點2向節(jié)點1發(fā)送含有T2的數(shù)據(jù)包并接收節(jié)點1發(fā)送的應答，同第一次測量一樣，節(jié)點2計算出傳播延時T3，節(jié)點1計算出處理延時T4。最后，節(jié)點2再向節(jié)點1發(fā)送含有T3的數(shù)據(jù)包，節(jié)點1根據(jù)得到的4個延時數(shù)據(jù)以及信號的傳播速度通過公式(1)計算出兩節(jié)點間的距離d，其中c為射頻的傳播速度，約為光速。
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