无线传感器网络可视化的研究与设计

吴琼?杨鹏?王鹏

摘要：—本文基于介绍无线传感器网络定位算法的性能评价标准，以现有无线定位系统原理为基础，通过对各种算法的原理、优缺点及适用范围进行比较分析，提出一种适合的无线传感器网络定位方法，并给出总体设计方案。根据系统特点，将总体分为可视化移动节点和监测控制终端两部分：其中节点部分包括飞行器载体、处理器最小系统、各传感器模块单元和供电电源;监控终端包括上位机与遥控器。

关键词： 无线传感器网络;可视化;节点运动;模块设计

可视化移动节点硬件结构如图1所示。由图可知，节点分为两大部分，第一部分是以STM32F407处理器为核心的控制单元，它的主要功能为控制四轴飞行器姿态与航行，超声波测距，GPS定位以及接收遥控器的2.4G载波信号[1];第二部分是以STM32F405为核心的可视化单元，它的主要功能是驱动视觉传感器与WiFi模块，并通过WiFi将图像传输到上位机。其中的电源模块负责为节点中两个部分共同供电。

一、电源模块的设计

本设计中所用电压转换模块的电路原理图如图2所示。

本设计中用到多种电压信号，如为四轴电调与电机供电的12V直流电，处理器所需的5V供电，姿态模块中MPU6050等传感器及芯片的3.3V供电[2]。所以系统中用到了各种直流电压转换与稳压电路，如12V转5V，5V转3.3V。设计中，主电源选用遥控飞行器专用电池，为飞行器的直流无刷电机和电路供电。其主要参数为最大供电电压11.3V，毫安时为2200mAh，电压转换电路采用的稳压芯片分别为7805和AMS1117，得到的5V和3.3V电压将用于电路中处理器与各模块的供电当中[3]。

二、节点可视化单元的设计

可视化单元主要包含三部分：处理器STM32F405RGT6驱动电路，以MR09-REF2-457芯片为核心的WiFi电路和基于OV2640传感器的视觉模块[4]。STM32F405RGT6也是基于Cortex-M4内核的高性能处理器，在F4系列中，芯片内部集成了快速摄像头接口DCMI（digital camera interface）与安全数字输入输出接口SDIO（Secure Digital Input and Output），这些接口工作时由STM32硬件完成，无需占用CPU的运算资源，可大大提高系统处理速度。应用时，将处理器的DCMI和SDIO接口分别与OV2640和MR09-REF2-457的硬件端口相連接，通过软件配置使能STM32F405RGT6的相应接口功能即可。设计中选用的遥控器型号为WFT07，为2.4GHz扩频、调频系统具有很好的抗干扰性。它具有唯一识别的地址码信息，使用前需用与遥控器配套的接收机对码。

三、结论

本文主要介绍了基于可视化移动节点定位系统的硬件设计方案，总体分为两部分：可视化移动节点硬件结构设计和监测控制终端硬件介绍。论文对第一部分的可视化移动节点设计过程与具体功能模块进行了详细描述，并根据节点特性分成运动单元与视觉单元分别展开。最后，对监测控制终端所使用的PC与遥控器进行了简要介绍。

参考文献：

[1]Young-Uk Yun， Jae-Kark Choi， Sang-Jo Yoo. Location-based spiral clustering algorithm for avoiding inter-cluster collisions in WSNs[J]. KSII Transactions on Internet and Information Systems， No1， 2011， 5-6.

[2]MERT B， LIU M， SHEN W M， et al. Localization in cooperative wireless sensor networks： A review[C]. Proceedings of the 2009 13th International Conference on Computer Supported Cooperative Work in Design， 2009： 438-443.

[3]岳基隆， 张庆杰， 朱华勇. 微小型四旋翼无人机研究进展及关键技术浅析[J].电光与控制. 2010-10. 第17卷第10期： 46-52.

[4]王冬来， 吕强， 刘峰. 小型四轴飞行器动力学参数测定方法设计[J]. 科技导报. 2011. 第29卷第36期： 42-45.

[5]李鑫磊. 车载GPRS无线终端电池监测系统[D]. 哈尔滨理工大学，2013，22-24.

作者简介：

吴琼，女，汉，黑龙江，讲师，硕士学位，研究方向为控制理论与控制工程方向。