学士学位论文-室内智能定位监视系统研究

I摘要本文设计了基于无线传感器网络的室内智能定位监视驱动系统。设计基于红外线与超声波相结合的人体检测器;设计终端摄像头角度控制电路;设计了无线传感器节点;设计了基于ZigBee的自组织无线网络通信协议;设计了相应的电源电路。采用无线传感器网络节点多点布控，红外超声波探测模块进行人体定位，主控端进行数据分析处理，采用步进电机控制摄像头旋转角度的控制实现一台摄像机大范围高精度的高效率的监视系统。基本完成室内智能定位监视系统的云台智能驱动器及基于无线传感器网络的监测节点设计；实现了室内智能人体定位监视系统。基于ZigBee无线传感器网络结合红外超声波定位的室内智能定位监视系统的方案是可行的。关键词：ZigBee；无线传感器网络；红外线及超声波；摄像头；步进电机AbstractThisarticleisdesignedforindoorwirelesssensornetwork-basedintelligentpositioningdrivesystemmonitoring.

Designisbasedonthecombinationofinfraredandultrasonicdetectorbody;designofthecameraanglecontrolcircuitterminal;thedesignofwirelesssensornodes;designedbasedontheZigBeeself-organizingwirelessnetworkcommunicationprotocol;designofthecorrespondingpowersupplycircuits.

Wirelesssensornetworknodewithmulti-pointdistribution&control,infraredultrasonicdetectionmodulebodypositioning,masterdataanalysisusedsteppingmotorcontroltocontrolthecamerarotationtoachieveawiderangeofhigh-precisioncamerasurveillancesystemwithhighefficiency.

Basicallycompletedtheindoorsmartintelligentheadpositioningsystemtomonitordriversandmonitoringbasedonwirelesssensornetworknodedesign;realizeindoorpositioningmonitoringsystemofhumanintelligence.

ZigBeewirelesssensornetworksbasedoninfraredultrasonicpositioningcombinedwithintelligentindoorpositioningmonitoringsystemisfeasible.

Keywords:ZigBee;wirelesssensornetworks;infraredandultrasonic;camera;steppermotor目录目录第一章绪论 11.1设计背景 11.1.1室内智能定位监视系统的意义 11.1.2无线传感器网络技术应用的背景 11.2室内智能定位监视系统在我国的发展前景 31.3本文结构 3第二章系统介绍 52.1系统方案 52.2系统结构 62.3系统功能 82.3.1无线传感器节点 82.3.2无线摄像头控制模块。 82.3.3末端摄像头监控系统 9第三章系统分析及硬件设计 103.1无线通信系统 103.1.1通信系统分析 103.1.2节点系统硬件设计 113.2人体定位系统 153.2.1定位原理与分析 153.2.2定位系统硬件设计 173.3摄像头控制系统 193.3.1摄像头驱动系统分析 193.3.2摄像头控制系统硬件设计 193.4电源显示模块 22第四章系统软件设计 234.1系统的主要程序流程 234.2ZigBee用户应用程序 25第五章实验及数据分析 265.1红外超声波定位系统实验及数据分析 265.2通信系统实验及数据分析 285.3模糊PID控制在电机中的试验 30结束语 32参考文献 I致谢 I第一章绪论PAGE31第一章绪论1.1设计背景1.1.1室内智能定位监视系统的意义传统的室内监视方式，大多采用定点监视，每个区域设置固定监视，监控人员只能监视当前监视面的情况，再或者人为的控制摄像头的监视角度，去调整监控面，无形中加大了工作量，并且存在监视“死角”等问题。通过无线传感器网络的加入，大大减少了摄像头按放的数量以及监控室工作者的工作量并且提高了监视的准确性。1.1.2无线传感器网络技术应用的背景近年来,工业以太网、现场总线等网络架构已越来越广泛地应用于工业自动化领域,而无线通信取代传统的通信手段将成为自动化系统通信的一个重要方向,由此产生了基于无线技术的网络化智能传感器的全新概念。无线传感器网络在军事、工业、环境等领域有着广泛而巨大的潜在应用价值,尤其是在环境恶劣、人类无法到达的应用中有着不可替代的作用。鉴于它的巨大应用价值,无线传感器网络的学术和应用研究快速发展起来。美国国防高级研究计划署DARPA)和自然科学基金(NFC)相继投入巨资支持无线传感器网络的研究,重点集中在传感器节点体系结构、通信协议设计、信息处理和大规模网络应用等方面。瑞士ABB公司制定的无线应用网络信息服务专家系统(WebsiteInformationServiceAs2sistant,WISA)协议,在可靠性方面制定了严格标准,同时引进实时RealTime技术,从而确保了系统信息传输的可靠性。Siemens公司的ScalanceW无线LAN系统操作着超过3种无线协议,结合与无线接入相关的所有便利的特点,并结合了上位数据安全、关键客户数据保存和802.11b/g/a开放标准的灵活性。DustNetworks公司携手通用电气传感。仪器仪表有限公司(GESensing),共同研发无线传感器网络,目前越来越多的企业开始关注并策划加入到无线传感器网络关键技术的研发和营销中来。2006年,我国政府将发展无线传感器网络列入未来15年的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中,清华大学、浙江大学、哈尔滨工业大学、中国科学院计算技术研究所、中国科学院软件研究所、中国科学院沈阳自动化研究所、华东理工大学等单位相继开展了无线传感器网络基础理论研究,在节点体系结构、通信协议、节点硬件设计、拓扑控制和数据管理等方面取得了若干重要成果。中国科学院沈阳自动化研究所在2006年世界园林博览会的玫瑰园搭建了小型的无线传感器网络环境监控系统,监控玫瑰的生长环境。来自国际知名咨询机构ARC的研究数据显示,2006年,全球工业无线通讯市场规模已超过13亿美元,以15%的年增长率快速成长。无线通信作为当今世界最具活力的新兴技术之一,正一步步地渗透入工业控制领域。据市场调研公司ONWorld近期发布的一份报告,预计到2011年,世界市场无线传感器网络(WSN)系统与服务将飞升至约46亿美元,比2006年增长5亿美元。该市场规模是基于ONWorld近期对工业界终端用户公司所做的调查得出的。调查显示,现在有1/3的公司正在使用无线传感和控制技术,并且近一半的公司计划在未来1.5年内,研究或计划采用无线解决方案。无线传感器网络技术应用具有巨大的市场前景,以污水处理领域为例:根据调研,国内污水监测系统的典型配置成本约30万元,售价可控制在60万元人民币以内,而在国外,系统的售价一般约为30万美元及以上,且还存在许多应用于国内环境亟待解决的问题,因此无线传感器网络应用的市场前景非常广阔,蕴藏着巨大的经济价值。1.2室内智能定位监视系统在我国的发展前景目前我国室内人体定位大多基于红外线或可移动生源，例如三菱电机将于2006年12月中旬开始，陆续推出可根据人体位置提升节能、舒适性能的家用空调“ZW（三菱家用空调雾峰）”系列的7款产品。将室内分成500个区域测定温度。新产品通过一种称为“人感MoveEye”的红外线传感器检测人的位置。传感器安装在室内机的下侧中央位置，面向斜下方。可自动进行左右转向。能够以大约1分钟内在160度的范围内完成一个来回测试，对室内地板和墙壁的温度进行检测。室内智能定位监视系统的很大程度上的发挥了无线技术，该系统构建Mesh结构的自组织、多跳无线传感器网络，实时监测和采集网络分布区域内的传感器数据，定位人体位置，从而通过末端的舵机控制摄像头的角度，达到监视的目的。1.3本文结构本系统设计基于无线传感器视频网络，解决室内智能定位监视的摄像头监视面小的问题。具体设计主要划分为三个部分，分别是无线通信部分、人体定位部分、摄像头控制部分。首先，系统的无线通信传输采用了基于ZigBee的无线传感器网络节点技术，设计出了符合室内智能定位监视系统的无线节点；通过无线传感器，改变了传统摄像头监控的方式，实现了多点监控；设计了符合该系统的通信协议。其次，系统的人体定位部分采用了基于红外线和超声波的人定位方式定位速度快并且准确。基于红外线和超声波的人定位方式，与无线传感器网络的相结ZigBee协议的使用，确保了无线通信的成功。第三，为克服AUV舵机系统摩擦、饱和等非线性因素的影响，全面改善系统的动、静态特性，本系统的摄像头控制驱动部分采用了模糊PID控制方式，设计出了舵机控制器。在通信节点上，通过大量的试验与数据分析，通过无线传感器网络的应用，解决了室内智能定位监视的摄像头监视面小的问题；并且，基于ZigBee无线传感器网络的室内智能定位监视的系统，解决了行的摄像头监视面小的问题。本文通过对ZigBee技术的研究，应用于室内智能定位方面，并且阐述了硬件设计，软件设计和理论。第二章室内智能定位监视系统的技术分析第二章系统介绍2.1系统方案系统通过采用红外超声波模块定位感知人体位置，无线传感器网构成监视面并且将数据传输到终端控制器，从而终端控制器控制摄像头的旋转角度，将人自动出现在监视面的角度,从而达到了智能定位人体的目的。依据室内监测系统的通信技术要求，ZigBee术特点和技术优势，采用ZigBee技术的无线数据传输系统实现室内监测是一个非常理想的无线数据通信解决方案。监控点布置在室内周围，每隔一段距离布置一个监视点节点，监视节点上装有红外和超声波定位装置，通过ZigBee无线网络将采集到的数据传到主控系统，由主控系统负责分析记录数据，判断哪个区域有人，将控制信号发送给摄像头控制模块，继而控制摄像头转向，对准室内有人区域。所构建的ZigBee网络线型发散的网络拓扑，可以根据实际的组网需要设计合理的网络结构。传感器网络的显著特色是应用驱动,对于不同领域需要不同的关键技术,本文的实质性突破在于在众多已有技术或者待研究的新技术中找到适合特定应用领域的系统解决方案,从而大规模推广。为了推动大众节能,本文研究开发了基于ZigBee技术的室内定位监视系统。系统的人体定位部分采用了基于红外线和超声波的人定位方式定位速度快并且准确。基于红外线和超声波的人定位方式，与无线传感器网络的相结ZigBee协议的使用，确保了无线通信的成功。2.2系统结构本系统有如图2-1系统框图和图2-2硬件电路四部分构成，分别是主控系统、传感器节点、摄像头驱动部分、摄像头。系统框图如下图2-1所示。v图2-1系统框图图2-2系统整体硬件电路2.3系统功能2.3.1无线传感器节点无线传感器节点负责采集室内红外及超声波数据，通过自组织形成的多跳无线路由将人体所在去区域位置结果上报给上层摄像头控制器；Mesh结构的自组织、多跳无线传感器网络构建，实时监视和采集网络分布区域内的传感器数据。在多址接入技术支持下，无线Mesh网络的MAC层设计与通常的典型无线网络的MAC设计一样，同接入点相关。由于无线Mesh网络不是单跳而是多跳系统，需要支持多跳的MAC设计。首先是就近Mesh路由器的接入选择。无线Mesh网络是自组织网络，网络路由连接和用户终端接入状况的拓扑结构随地理位置、通信环境、用户移动、WR布局等不同而不同，是变动的。Mesh拓扑结构，终端经过3次跳转接力，接入Internet接入点GW1，完成MAC过程。同一地区同样的Mesh路由器和WGW布局，但Mesh拓扑连接不同，该终端在同样位置，选择同样的Mesh路由器，要经过4次跳转接力，接入Internet接入点GW3，完成MAC过程。但如果选择临近的另外不同的Mesh路由器，可能只经过2跳或3跳，就能接入GW1。因此，无线Mesh网络的就近Mesh路由器的接入选择，是动态的，与通常设计不同。典型的有应用于IEEE802.11的多信道MAC技术协议(MMAC协议)，并考虑MAC层与网络层的交互，引入多信道协同子层(MCCL)，以此增加网络能力。2.3.2无线摄像头控制模块。无线摄像头控制器负责无线传感器节点信息收集、存储、分析和转发，根据检测信息，采用模糊控制算法计算出合适的摄像头控制角度，控制摄像头的位置，达到了室内监视的目的。2.3.3末端摄像头监控系统末端控制系统负责所有信息的汇总、统计、分析和处理，通过对末端摄像头步进电机的旋转角度控制，达到了实时监视室内的人体的目的。第三章室内智能定位监视系统硬件设计第三章系统分析及硬件设计3.1无线通信系统3.1.1通信系统分析本系统的通信如图3-1成为一个关键部分，只有良好可靠的通信，才能通过节点上的数据定位人体的位置，控制步进电机的旋转角度。系统采用了ZigBee无线传感器网络节点技术实现无线通信。ZigBee技术一种新兴的短距离、低速率无线组网通信技术。它是一种介于无线标记技术与蓝牙之间的技术提案，主要用于近距离无线连接。它有自己的无线标准，通过数千个微小的传感器之间相互协调来实现通信。这些传感器只需很少的能量．以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传送到另一个传感器。所以通信效率非常高。ZigBee是一个由多达65000个无线数传模块组成的无线数传网络平台，类似移动通信的CDMA网或GSM网。其中每一个ZigBee网络数传模块类似移动网络的一个基站，在整个网络范嗣内，它们之间可以进行相互通信；整个ZigBee网络还可以与现有的其他各种网络连接。微处理器模块负责控制整个节点的数据处理操作、路由协议、功耗管理、任务管理等，最主要的是需要实现网络安全可靠的通信协议；无线通信模块负责与其他节点进行无线信，交换控制消息和收发数据。图3-1网络节点实物图3.1.2节点系统硬件设计无线传感器节点微处理器采用的是CC2420芯片，它是用于2.4GHzIEEE802.15.4/ZigBee的片上系统解决方案。CC2420内部整合了IEEE802.15.4标准的2.4GHz的RF无线电收发机、内存和微控制器。它使用一个八位MCU（8051），既有128KB的可编程闪存和8KB的RAM，还包含ADC、定时器、AES-128协同处理器、看门狗定时器、掉电检测电路等。微处理器全速工作时（32MHz），在接收和发射模式下，电流损耗约为27mA。CC2420的休眠模式及其从休眠模式转换到工作模式的超短时间（在微秒级），特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。CC2420有21个可编程的I/O口引脚，P0、P1口是完全的8位口，P2口只有5个可使用的位。通过软件设定一组SFR寄存器的位和字节，可使这些引脚作为通常的I/O口或作为连接ADC、计时器或USART部件的外围设备I/O口使用。图3-2CC2420工作图根据CC2420的特性和软件上的计算需求，我们采用ATmega16来驱动CC2420，高性能、低功耗的8位AVR微处理器的如下特点满足ZigBee节点的系统要求：(1)先进的RISC结构–131条指令–大多数指令执行时间为单个时钟周期–32个8位通用工作寄存器–全静态工作–工作于16MHz时性能高达16MIPS–只需两个时钟周期的硬件乘法器(2)非易失性程序和数据存储器–16K字节的系统内可编程Flash，擦写寿命:10,000次–具有独立锁定位的可选Boot代码区，通过片上Boot程序实现系统内编程，真正的同时读写操作–512字节的EEPROM，擦写寿命:100,000次–1K字节的片内SRAM–可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密(3)JTAG接口(与IEEE1149.1标准兼容)–符合JTAG标准的边界扫描功能–支持扩展的片内调试功能–通过JTAG接口实现对Flash、EEPROM、熔丝位和锁定位的编程图3-3ATmega16硬件电路图3.2人体定位系统3.2.1定位原理与分析现今GPS定位技术已经在导航、测图等方面得到了广泛的应用；而小型的基于红外线和超声波的定位技术则由于其体积小、电路简单、价格低等优势，在小范围定位方面得到越来越广泛的应用。尤其在室内和一些恶劣的条件下，GPS定位系统无法使用，超声波定位技术就显得更为必要。本文介绍了一种使用红外线和超声波的定位技术及其实现方法。超声波定位技术的定位原理与GPS定位技术相同。即测量待测点到至少3个坐标已知的固定点之间的距离，然后通过距离交会法求解出待测点位的三维坐标。超声波定位就是使用超声波测量待测点到固定点之间的距离。但是超声波在空气中传输的衰减很大，能传输的距离短，如果采用反射式测距法，则测量的距离更短，限制了超声波定位的范围；且采用反射式时，由于固定点一直处于发射超声波的状态，不管待定位点是否需要定位，因此功耗也浪费很大。本文使用了红外线触发定位信号的模式，在固定点上安置超声波发射装置和红外线接收及解码装置(定位从机)，在待定位点上安置超声波接收装置和红外线编码发射装置(定位主机)。当接收到定位信号后，定位主机发射红外编码指令，同时计时器开始计时，当定位从机接收到红外编码指令后，对其进行解码，并根据解码结果决定是否发射超声波信号，定位主机接收到超声波信号后停止计时，计算出该红外编码指令对应的固定点到该点的距离。这样使得超声波定位的距离扩大了1倍，并且大大减小了系统的功耗。测得待定点到坐标已知点的距离后，通过距离交会法解方程求出待定位点的三维坐标。解算方程如下：式中：(X，Y，Z)为待定点坐标，(X，Y，Z)、(X。，Yz，Zz)、(X3，，Z3)分别为固定点1、2、3的坐标。在该方程组中，只有(X，y，Z)为未知数，可以求解出来。如果设置的固定点多，可以通过平差的方法提高精度。待定点到固定点的距离测量，是通过测量超声波自固定点到待定点间的传播时间，根据超声波在空气中的传输速度，计算出来。待定点在发射红外信号后就开始计时，而固定点在接收到红外信号后才开始发射超声波，这中间有红外线的传播时间，但由于红外速度远高于超声波的速度，距离又比较近，因此可以忽略不计。以距离30m，红外光速度为3*10。m/s，超声速度为340m/s，则由红外传播口n时间引入的测距误差为：340=0．034mm，而超声波测距的误差也在3cm左右，因此这个误差完全可以忽略了。定位解算时，定位点到固定点之间的距离是通过测量超声波的飞行时间计算出的，因此飞时测量在定位中非常重要。这里使用单片机计时来测量飞行时间。单片机的计时从接收到定位信号开始，到接收到超声波信号为止。计时方式可以采用软件计时，但软件计时容易受到各种中断的影响，从而使得计时出错。本文使用外部中断和计数器相结合的计时方式。超声波接收电路的输出接到单片机的外部中断0，当接收到超声信号时，程序进入外部中断0的处理程序，在这里关计数器，并取出计数值。由定位原理，定位的范围将受到单片机计时范围的限制。当采用12M的时钟时，单片机的机器周期是：也即计数器增1的时间为1us，对十六位的计数器，最大的计时时间为：定位点与固定点的最大距离为：65.536ms×340m/s=22.3rn，这对小范围内的定位来说已经足够了。对于更大范围的定位，可以采用计数器与程序计数相结合的方法，在计数器0的溢出中断程序中，对软件计数值增1，直到外部中断的到来。3.2.2定位系统硬件设计红外发射管采用的是SE303，电路图如图3-3所示。

图3-3红外发射电路红外的接收电路与发射电路类似，不再赘述。超声信号在传输过程中不可避免地混有环境中的噪声，超声波传输距离和角度的变化也会引起信号电平的变化。因此，接收时必须对原始信号进行适当的调理，尽可能地减小这些因素的影响。设计了“测量脉冲调理电路”，由放大、滤波、限幅、检波、积分、比较等单元组成。超声信号经过该电路后，形成一个脉冲，输入单片机，使单片机停止计时。由于外界声波的干扰，可能使得单片机响应错误的信号，我们在接收电路里加了共振电路。超声波发射装置发射的是40kHz的声波信号，因此使共振电路的工作频率为40kHz，这样，接收电路只对40kHz的超声波信号有响应，大大减少了外界的干扰。其电路图如图3-4所示。图3-4超声波接收电路3.3摄像头控制系统3.3.1摄像头驱动系统分析本系统的设计特点就是实现了一个摄像头代替传统方式的多个摄像头监视区域，为克服AUV舵机系统摩擦、饱和等非线性因素的影响，全面改善系统的动、静态特性，采用模糊PID控制方式，设计出了舵机控制器。模糊PID控制器由一个模糊控制器和PID控制器并联组成。当系统偏差较大时，模糊PID控制器的输出主要取决于模糊控制输出：当系统偏差较小时，模糊PID控制器的输出主要取决于PID控制输出。对于此舵机系统，取切换点为0.5。为了使电机的走位更为准确，达到精密控制的目的，本系统采用一种高精度的步进电机驱动方案。L297+L298(L6203)的经典架构，使用斩波恒流细分的驱动方法，在实际运行中具有良好的升降速曲线。实际运行表明，步进电机运行稳定，且具有步距角小、转矩恒定、功耗低等优点。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的控制元件。在额定功率范围内，电机的转速只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机累积误差较小等特点，使得在速度、位置等领域用步进电机来控制变得较为简单。但步进电机并不能像普通的直流电机、交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号发生器、功率驱动电路等组成控制系统驱动后方可使用。在本文中，详细介绍了一种新颖的电机驱动方案，它具有功耗低，精度高，使用灵活等优点。3.3.2摄像头控制系统硬件设计在步进电机驱动系统中，最重要的就是电流驱动及功率放大部分。本系统中，该部分选用的是L297+L298构架如图3-6，适用于对双极性两相步进电机或单极性四相步进电机的控制。L297主要用来接收信号脉冲，从而产生对功率级电路控制信号。L298为双H桥驱动器，可用来驱动电压为46V、每相电流为2.5A以下的步进电机。若负载需更大电流驱动，可使用L297+双L6203组合。L297的主要功能是译码器，它根据接受驱动脉冲信号产生所需的相序。为了获得电动机良好的速度和转矩特性，相序信号是通过两个PWM斩波器对电动机控制，每个斩波器用于双极性步进电动机的其中一相或用于单极性步进电机的每对绕组。图3-6电机驱动电路3.4电源显示模块根据系统的电压要求节点的电源和终端的电源采用不同的设计需求，节电量由单独的的节点电源模块来供电，其额定电压是3.3V，额定电流是1A，具体电路设计如图3-6所示。图3-6，节点的电源模块第四章室内智能定位监视系统的实验分析及软件设计第四章系统软件设计4.1系统的主要程序流程由于ZigBee软件的特点，本系统研究的是网络的协调和终端控制，如图4-1是该系统的主函数流程图，图4-2是人体定位子函数图4-1主函数流程图图4-2人体定位函数流程图4.2ZigBee用户应用程序根据节点功能的不同，需要设计相应的用户应用程序如图4-2，对节点来说，程序是在它接收到远程控制中心的指令后从组建网络开始的，节点再向其通信范围内的人体定位节点发送唤醒指令，同时等待新节点的入网请求。系统启动后，首先初始化所有的硬件和软件，并设定网络参数，然后初始化协议栈，网络建立成功后即进入中断的循环检测和处理过程。UARTI是由远程控制中心下达指令引起的中断。图4-3用户应用层流程第五章实验及数据分析5.1红外超声波定位系统实验及数据分析在使用超声波与红外线的定位技术中，主要有以下几个误差源：超声波速度误差，电路延迟误差，计数器计时误差和距离交会的模型误差，其中超声波速误差是最重要的。计数器的计时误差和电路延迟误差都可以通过加乘常数来校正。模型误差可以通过改善固定点的分布来减小。对超声波速度来说，影响最大的是环境温度。温度为t时的超声波速为：。其中Co=332．17m／s为0℃时的超声波速。并且从上式可以计算出，温度每升高1℃，超声波的传播速度约增加0.6我们在温度为26℃的实验室内采用设计的测距定位系统做了大量实验，距离的精确值采用精度为2+2(即1km内测距误差不超过4ram)的全站仪测量，系统的超声波波速设定为332．17m／s，为了提高测量精度，对测得的距离值进行了温度修正。实验结果如表5.1所示。表140cm至300cm表5-1误差实验结果由表5.1可知，温度的影响是超声波测距中的主要误差源，不考虑温度影响时的测距误差可以达到3cm多。经过温度修正后，误差可以控制在1cm以内。为了验证超声波不同传播角度对测距误差的影响，在与超声波发射源相距3m、与超声波主传播方向有不同角度的位置处进行了测距实验，选取了0度、30度、45度、60度和90度等5个角度位置，每个角度位置处分别进行了30式中：=30为测量次数．为单次测量值与测量均值之差。表5-2相距3m不同角度处的测距误差。表5-2相距3m不同角度处由表5-2可知，定位点的不同的角度对测距精度也有较大影响。当与超声波主传播方向的角度小于45度时，精度较高，随着角度的增大测距精度降低，当位于9O度位置时，测距精度最低，误差达到了4.43cm5.2通信系统实验及数据分析如图5-1是在protues环境下仿真的通信协议，表5-3是协议的一般组成。图5-1仿真协议说明头地址指令长度数据校验尾字节21110~N11表5-3一个数据帧的组成头(Header):固定为2个字节0xFA,0xFC地址(Address):地址范围是1-247.地址为0是广播地址.指令(Command):具体指令描述见指令表.长度(Length):表示数据段的长度,范围从0-N.其中N<=13.数据(Data):指令字段所带的具体数据.根据指令的不同,数据表示的意义也不同.校验(Checksum):从”头到数据最后一个字节”的异或操作.尾(Tail):固定为0x8A通过仿真可以看出，只有当一个完整的数据包，才算是一次完整的通信，但是当不同的协议时，会有不同的数据流，这样协议的好坏就直接影响到了通信的质量和通信的数度，在两者之间找个一个最佳状态是我们研究的一个重点，一个优化后的的数据帧和良好的帧结构，确保了通信的稳定性、完整性和有效性。也通过这一系列仿真得出基于无线传感器网络的视频监视系统，解决监视面小的方案是可行的。5.3模糊PID控制在电机中的试验模糊PID控制器由一个模糊控制器和PID控制器并联组成。当系统偏差较大时，模糊PID控制器的输出主要取决于模糊控制输出：当系统偏差较小时，模糊PID控制器的输出主要取决于PID控制输出。对于此舵机系统，取切换点为0.5。阶跃响应如下图5-2和图5-3所示。图5-2普通PID控制阶跃响应图5-3变速积分阶跃响应通过上述试验和数据分析基于ZigBee无线传感器网络的室内智能定位监视的系统，实现了智能定位、不断捕捉监视目标、多点多角度、动态监视的智能室内监视系统，解决了传统摄像头监视面小、监视“死角多”的问的方案是可行的。结束语吉林工程技术师范学院毕业论文结束语传统的室内监视方式，大多采用定点监视，每个区域设置固定监视，监控人员只能监视当前监视面的情况，再或者人为的控制摄像头的监视角度，去调整监控面，无形中加大了工作量，并且存在监视“死角”等问题。通过无线传感器网络的加入，大大减少了摄像头按放的数量以及监控室工作者的工作量并且提高了监视的准确性。将本文所设计的预计ZigBee无线网络节点应用于室内智能定位监视系统。经测量在距离基站292m以内的地方，数据能准确地传送到控制端，基本达到了预定设计目标。通过对一下5点的设计与(1)设计基于红外线与超声波相结合的人体检测器;(2)设计终端摄像头角度控制电路;(3)设计了无线传感器节点;(4)设计了基于ZigBee的自组织无线网络通信协议;(5)设计了相应的电源电路。得到了系统的响应电路设计方案。ZigBee网络节点设计简单、开销小、应用范围广，适用于家庭自动化、健康医疗服务、无线自动读表系统、智能小区、无线传感器网络、无线T业控制、智慧型