基于无线传感器网络的机器人高精度定位系统

机器人的定位在运动控制系统和任务执行环节起着至关重要的作用,为了提高机器人在特殊环境中作业的定位精度,设计了一种基于无线传感器网络的机器人高精度定位系统。在微处理器ATmega1280的硬件平台上采用芯片NanoPAN5375接收信号强度指示(RSSI)进行测距定位,并利用对称双边双路测距和极大似然估计算法大大提高了定位精度;同时,使用基于轮询的时分多址接入协议和表驱动簇路由协议,解决了多机器人协同作业定位问题,并使系统在网络性能设计上得到了平衡;通过在60 m×60 m区域内的实验表明,该系统工作稳定可靠,测量的相对定位误差小于0.25 m,具有较高的定位精度,适用于机器人在矿井搜救、核泄漏检测和火山探索等特殊环境下的定位需要。     

基于ZigBee无线传感器网络的输液监测系统的设计

结合ZigBee无线通信技术设计了一款输液监测系统,该系统有效地解决了静脉输液过程中存在的输液速度难掌控、输液中断无报警、输液完毕无提示等问题;采用ZigBee无线传感器网络和红外光电传感器对输液过程进行实时监测,并将采集的液滴速度、液位信息、输液量等信息反馈至上位机,医护人员通过上位机可视化软件平台监测输液过程;实施结果表明:该系统液体滴速检测准确,其误差在±2滴以内,当液位降低到一定量或者输液出现异常情况时,终端节点可以发出声光报警信息,上位机软件发出橙色或者红色报警信息,提醒医护人员有效地处理紧急情况,提高输液的安全性,减少医疗事故。     

基于概率假设密度的无线传感器网络多目标跟踪算法

针对无线传感器网络多目标跟踪过程中杂波难以去除以及由数据关联复杂带来的计算复杂度高的问题,将概率假设密度滤波器应用于无线传感器网络,以更好地对多目标状态信息进行融合估计;首先,建立簇-树型无线传感器网络模型,并运用随机有限集理论对目标状态模型和传感器观测模型进行描述;然后,根据目标与节点之间的距离设置观测阈值,当传感器节点测量值小于观测阈值时,概率假设密度滤波器将实时对该组测量数据进行处理,从而实现传感器网络对目标状态的联合检测与跟踪;仿真结果表明,在无线传感器网络的多目标跟踪应用中,该算法比粒子滤波算法具有更高的跟踪效率和精度。     

基于ZigBee和3G的远程监测系统的设计

为解决传统监测系统中布线麻烦、覆盖面积窄、节点不易移动等问题,设计了一种基于ZigBee和3G无线网络的远程监测系统;整个系统由ZigBee无线传感网、3G-ZigBee网关节点、3G网和监控中心组成;ZigBee节点由射频模块、主板、传感器模块和电源模块组成,射频模块由CC2530与CC2591加长距离式组合组成,3G-ZigBee网关以ARM9微处理器S3C2440和Linux操作系统为核心进行开发,实现了ZigBee网和3G网之间的连接;该系统应用于水族馆鱼缸中的水质监测系统,对温度、PH值、电导率、溶氧量、氨氮等参数进行测量;结果表明该系统实现了数据的稳定采集和较高的数据传输速度,满足了现代监测系统的要求。     

能量异构的无线传感器网络加权无标度拓扑研究

针对无线传感器网络节点能耗不均和如何高效获得节点和边的负载问题,提出一种局域范围内能量异构的加权无标度拓扑演化模型.通过对节点能量与负载、能耗的关系建模,建立节点能量与点权和边权的联系,进而结合点权和加权模型给出网络的演化方式,推出点权、度和边权的幂率分布规律,最终根据网络获得的点权和边权来分析负载和能耗.仿真结果表明,提出的模型不仅能够准确计算点边的负载,而且缓解了无标度网络的节点能耗不均衡问题.     

一种新的基于空间图案信号的多进制无线光通信技术

提出了一种新的多进制无线光通信技术,其基本原理是用一组相互易区分的空间图案代替传统无线通信中的会聚光斑传递信息.分析了该通信方案的信道容量,结果表明无线光通信系统存在未被利用的空间自由度,其大小与系统收发孔径和光波波长有关,与光场空间分布无关.通过合理设置系统的结构参数和设计信号图案,可以利用无线光通信系统的空间自由度增加信道容量.提出了一种实现该技术的光电系统方案,其关键组成部分为空间光调制器和图象相关器.详细描述了信号处理过程,具体包括二维相关处理、比较判决和进制转换三部分.分析了该方案的误码性能,得到了平均误码率的估算公式,分析得到了可降低误码率的信号设计基本规则.最后用一个透镜阵列处理器通过实验验证了该通信方案.     

太阳能无线输电演示仪的研制

应用电磁学理论以及电子技术自制了一套太阳能无线输电演示实验仪。该演示仪由太阳能进行供电,利用电磁耦合共振技术,实现了电能的无线传输。通过增加数码管电压-电流显示电路,可以定量显示电能传输随距离变化的效果,能精确而直观地演示电能无线传输的物理现象。该仪器结构简单、性能稳定、操作方便,可广泛用于课堂演示、课程设计等目的,在实际应用中取得了良好的教学效果。     

叉状光电探测器阵列电极的设计与优化

针对行波光电探测器阵列(TW-PDA)的传输时延导致各路电信号在输出终端产生相位失配,影响整体频率响应的问题,提出了一种叉状光电探测器阵列(F-PDA)的电极结构.该电极采用对称连接结构代替TW-PDA的逐级连接结构的方法,使得各路光电探测器单元与信号输出终端的距离保持一致,从而克服传统结构中由于传输时延带来的一系列问题.电极的结构参数经HFSS进行设计并优化后,在100GHz内的最大插入损耗不超过1.5dB,特征阻抗稳定于50Ω左右.实验结果表明,制备的TW-PDA在40GHz下的插入损耗约2.5dB,3dB带宽约6.9GHz;而F-PDA对应的测试结果分别约1.36dB以及13.8GHz.相比而言,本文提出的结构存在明显的性能提升.     

基于信号飞行时间与误差分析的改进无线传感网络Bounding-box定位算法

为提高无线传感网络定位算法的实效性,针对Bounding-box定位算法定位精度不足的问题,提出了基于信号飞行时间与误差分析的改进Bounding-box定位算法。该算法根据累计距离误差,在正方形重叠区域重新划分离散小方格,然后按照累计距离误差最小化准则,选择对应离散小方格的中心点坐标作为待定位节点的定位位置。通过仿真实验表明,提出的改进Bounding-box定位算法,在距离测量精确和小误差情况下,能够明显提高定位精度。此外,真实环境实验表明,在采用信号飞行时间作为距离测量技术的条件下,提出算法的定位误差最小。更多还原