研究信號強度指示和距離之間映射關(guān)系的實驗方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種研究信號強度指示和距離之間映射關(guān)系的實驗方法及裝置，地面上的箱體結(jié)構(gòu)上部固定有工業(yè)機器人執(zhí)行機構(gòu)，工業(yè)機器人執(zhí)行機構(gòu)頂端固定有第一超聲波收發(fā)器和接收節(jié)點；風箏面向地面的一側(cè)上固定有發(fā)射節(jié)點，發(fā)射節(jié)點上有第二超聲波收發(fā)探頭；工業(yè)機器人執(zhí)行機構(gòu)轉(zhuǎn)動微調(diào)使兩個超聲波收發(fā)探頭自動對準，改變風箏的高度以改變兩個超聲波收發(fā)探頭之間的距離，控制電路板對多組信號強度指示值和其對應的距離進行數(shù)據(jù)擬合，分析出信號強度指示和距離之間映射關(guān)系；本發(fā)明能夠有效避免無線信號在地面?zhèn)鞑r受到受障礙物反射、阻擋等多種因素的干擾，提高穩(wěn)定性和測量精度。
【專利說明】研究信號強度指示和距離之間映射關(guān)系的實驗方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)，具體是一種用于研究無線傳感器網(wǎng)絡中接收的無線電信號強度指示(Received Signal Strength Indication, RSSI)和距離之間映射關(guān)系的實驗方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡(wireless sensor network, WSN)是21世紀極具發(fā)展前景的技術(shù)，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡已經(jīng)成為當今生活中不可或缺的一部分。在無線傳感器網(wǎng)絡中，接收的信號強度指示(RSSI)是一個重要的參數(shù)。同時，基于RSSI的測距技術(shù)在無線傳感器網(wǎng)絡定位技術(shù)中較常采用，定位原理是利用無線電信號隨距離增大而有規(guī)律地衰減的原理來測量節(jié)點間的距離。目前的RSSI測距一般是通過采集大量的實驗數(shù)據(jù)得到RSSI值和距離之間的映射關(guān)系(或關(guān)系曲線)。但是，在實際的地表環(huán)境中無線信號由于受到諸如障礙物反射、阻擋等多種因素的干擾，RSSI值隨機變化較大，精度不高，給實驗帶來了不便。
[0003]目前對于RSSI值和距離之間映射關(guān)系的研究一般采用大尺度路徑衰減模型來對實驗結(jié)果進行反復分析，以此來提高精度。但是，如何在實驗環(huán)境中使無線信號避免受到諸如障礙物反射、阻擋等因素的干擾，提高測量精度，已成為目前需要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是針對實際地表環(huán)境中無線信號由于受到諸如障礙物反射、阻擋等多種因素的干擾，RSSI值精度不高的缺陷，提出一種用于研究RSSI和距離之間映射關(guān)系的實驗方法及裝置，自動完成測距和測量RSS1，精度高、操作方便。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明用于研究RSSI和距離之間映射關(guān)系的實驗方法及裝置采用的技術(shù)方案是:地面上具有一個箱體結(jié)構(gòu)，箱體結(jié)構(gòu)上部固定有工業(yè)機器人執(zhí)行機構(gòu)，工業(yè)機器人執(zhí)行機構(gòu)頂端固定有第一超聲波收發(fā)器和接收節(jié)點；箱體結(jié)構(gòu)內(nèi)部固定有控制電路板，接收節(jié)點及第一超聲波收發(fā)探頭分別通過數(shù)據(jù)線和控制電路板相連；第一超聲波收發(fā)器和接收節(jié)點的外部有飄在空中的風箏，風箏通過風箏線固定在箱體結(jié)構(gòu)上，風箏面向地面的一側(cè)上固定有發(fā)射節(jié)點，發(fā)射節(jié)點上有第二超聲波收發(fā)探頭；所述工業(yè)機器人執(zhí)行機構(gòu)轉(zhuǎn)動微調(diào)使第一超聲波收發(fā)探頭的空間位置和第二超聲波收發(fā)探頭自動對準。
[0006]本發(fā)明用于研究RSSI和距離之間映射關(guān)系的實驗方法采用的技術(shù)方案是包括以下步驟:
A、調(diào)整工業(yè)機器人執(zhí)行機構(gòu)，控制電路板控制第一超聲波收發(fā)探頭發(fā)送一束測試超聲波信號，待第二超聲波收發(fā)探頭接收到信號后停止發(fā)送測試超聲波，使第一超聲波收發(fā)探頭和風箏上的第二超聲波收發(fā)探頭對準。
[0007]B、控制電路板控制第一超聲波收發(fā)探頭發(fā)送一束超聲波，并記錄此時的時間T1,第二超聲波收發(fā)探頭一旦接收到此超聲波信號就返回一束超聲波信號，控制電路板記錄第一超聲波收發(fā)探頭接收到第二超聲波收發(fā)探頭返回的超聲波信號時的時間T2，計算出兩者
的距離
【權(quán)利要求】
1.一種研究信號強度指示和距離之間映射關(guān)系的實驗裝置，其特征是:地面上具有一個箱體結(jié)構(gòu)(17)，箱體結(jié)構(gòu)(17)上部固定有工業(yè)機器人執(zhí)行機構(gòu)，工業(yè)機器人執(zhí)行機構(gòu)頂端固定有第一超聲波收發(fā)器(1-1)和接收節(jié)點(14);箱體結(jié)構(gòu)(170內(nèi)部固定有控制電路板(12)，接收節(jié)點(14)及第一超聲波收發(fā)探頭(1-1)分別通過數(shù)據(jù)線和控制電路板(12)相連；第一超聲波收發(fā)器(1-1)和接收節(jié)點(14)的外部有飄在空中的風箏(3)，風箏(3)通過風箏線固定在箱體結(jié)構(gòu)(17)上，風箏(3)面向地面的一側(cè)上固定有發(fā)射節(jié)點(2)，發(fā)射節(jié)點(2)上有第二超聲波收發(fā)探頭(1-2);所述工業(yè)機器人執(zhí)行機構(gòu)轉(zhuǎn)動微調(diào)使第一超聲波收發(fā)探頭(1-1)的空間位置和第二超聲波收發(fā)探頭(1-2)自動對準。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實驗裝置，其特征是:所述工業(yè)機器人執(zhí)行機構(gòu)包括臂部(7)、腰部(8)、大臂步進電機(9)、回轉(zhuǎn)步進電機(16)和基座(10)，基座(10)水平固定在箱體結(jié)構(gòu)17的上表面上，回轉(zhuǎn)步進電機16垂直固定在基座(10)上表面上且輸出軸連接腰部(8),腰部(8)底部中心位置開有圓柱形凹槽(19),在圓柱形凹槽(19)的側(cè)翼各有一個卡槽(20)，回轉(zhuǎn)步進電機(16)輸出軸上的對應位置設有配合卡槽(20)的卡榫，腰部(8)的頂部連接水平安裝的大臂步進電機(9)，腰部(8)的頂部鉸接臂部(7)，臂部(7)的頂部固定有超聲波收發(fā)器支撐板(6),超聲波收發(fā)器支撐板(6)上部固定有第一超聲波收發(fā)器(1-1)和接收節(jié)點(14);大臂步進電機(9)和回轉(zhuǎn)步進電機(16)分別通過控制線和控制電路板(12)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實驗裝置，其特征是:控制電路(12)包括電源模塊、MCU控制處理單元、放大電路、檢波電路、回轉(zhuǎn)步進電機控制器及大臂步進電機控制器；接收節(jié)點(14)通過數(shù)據(jù)線和控制電路板(12)相連；第一超聲波收發(fā)探頭(1-1)內(nèi)部的超聲波接收頭依次通過放大電路、檢波電路與MCU控制`處理單元相連，第一超聲波收發(fā)探頭(1-1)內(nèi)部的超聲波發(fā)射頭通過檢波電路同與MCU控制處理單元相連；大臂步進電機(9)通過控制線和大臂步進電機控制器相連，回轉(zhuǎn)步進電機(16)通過控制線和回轉(zhuǎn)步進電機控制器相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實驗裝置，其特征是:箱體結(jié)構(gòu)(17)下端固定有帶走輪的行走架(13)，用于宏觀調(diào)整第一超聲波收發(fā)探頭(1-1)的位置。
5.一種如權(quán)利要求1所述實驗裝置的實驗方法，其特征是包括以下步驟: A、調(diào)整工業(yè)機器人執(zhí)行機構(gòu)，控制電路板(12)控制第一超聲波收發(fā)探頭(1-1)發(fā)送一束測試超聲波信號，待第二超聲波收發(fā)探頭(1-2)接收到信號后停止發(fā)送測試超聲波，使第一超聲波收發(fā)探頭(1-1)和第二超聲波收發(fā)探頭(1-2 )對準； B、控制電路板(12)控制第一超聲波收發(fā)探頭(1-1)發(fā)送一束超聲波，并記錄此時的時間T1，第二超聲波收發(fā)探頭(1-2)—旦接收到此超聲波信號就返回一束超聲波信號，控制電路板(12 )記錄第一超聲波收發(fā)探頭(1-1)接收到第二超聲波收發(fā)探頭(1-2 )返回的超聲波信號時的時間T2，計算出兩者的距離Cl1= ?χ K ,接收節(jié)點(14)將接收到的信號強度2指示值傳給控制電路板(12); C、改變風箏(3)的高度以改變第一、第二超聲波收發(fā)探頭(1-1、1_2)之間的距離，待風箏(3)在空中穩(wěn)定之后，重復步驟A和B ; D、對多組信號強度指示值和其對應的距離進行數(shù)據(jù)擬合，分析出信號強度指示和距離之間映射關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的實驗方法，其特征是:步驟A中，控制電路(12)中的MCU控制處理單元發(fā)出一個電脈沖信號給回轉(zhuǎn)步進電機控制器，回轉(zhuǎn)步進電機驅(qū)動器驅(qū)動回轉(zhuǎn)步進電機(16)帶動腰部( 8)回轉(zhuǎn)，進而帶動臂部(7)繞輸出軸水平轉(zhuǎn)動一個步距角；MCU控制處理單元連續(xù)發(fā)送多個脈沖波給大臂步進電機控制器，驅(qū)動大臂步進電機(9)繞其輸出軸方向持續(xù)轉(zhuǎn)動；回轉(zhuǎn)步進電機(16)每水平轉(zhuǎn)動一個步距角，大臂步進電機(9)帶動臂部(7)繞其輸出軸持續(xù)轉(zhuǎn)動直至極限位置，最終完成第一、第二超聲波收發(fā)探頭(1-1、1_2)之間的自動對準。
【文檔編號】H04B17/00GK103763042SQ201310491193
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】張榮標, 陳超, 張業(yè)成, 宋永獻 申請人:江蘇大學