研究信号强度指示和距离之间映射关系的实验方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开一种研究信号强度指示和距离之间映射关系的实验方法及装置，地面上的箱体结构上部固定有工业机器人执行机构，工业机器人执行机构顶端固定有第一超声波收发器和接收节点；风筝面向地面的一侧上固定有发射节点，发射节点上有第二超声波收发探头；工业机器人执行机构转动微调使两个超声波收发探头自动对准，改变风筝的高度以改变两个超声波收发探头之间的距离，控制电路板对多组信号强度指示值和其对应的距离进行数据拟合，分析出信号强度指示和距离之间映射关系；本发明能够有效避免无线信号在地面传播时受到受障碍物反射、阻挡等多种因素的干扰，提高稳定性和测量精度。
【专利说明】研究信号强度指示和距离之间映射关系的实验方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线传感器网络技术，具体是一种用于研究无线传感器网络中接收的无线电信号强度指示(Received Signal Strength Indication, RSSI)和距离之间映射关系的实验方法及装置。
【背景技术】
[0002]无线传感器网络(wireless sensor network, WSN)是21世纪极具发展前景的技术，随着物联网技术的发展，无线传感器网络已经成为当今生活中不可或缺的一部分。在无线传感器网络中，接收的信号强度指示(RSSI)是一个重要的参数。同时，基于RSSI的测距技术在无线传感器网络定位技术中较常采用，定位原理是利用无线电信号随距离增大而有规律地衰减的原理来测量节点间的距离。目前的RSSI测距一般是通过采集大量的实验数据得到RSSI值和距离之间的映射关系(或关系曲线)。但是，在实际的地表环境中无线信号由于受到诸如障碍物反射、阻挡等多种因素的干扰，RSSI值随机变化较大，精度不高，给实验带来了不便。
[0003]目前对于RSSI值和距离之间映射关系的研究一般采用大尺度路径衰减模型来对实验结果进行反复分析，以此来提高精度。但是，如何在实验环境中使无线信号避免受到诸如障碍物反射、阻挡等因素的干扰，提高测量精度，已成为目前需要解决的问题。
【发明内容】
[0004]本发明是针对实际地表环境中无线信号由于受到诸如障碍物反射、阻挡等多种因素的干扰，RSSI值精度不高的缺陷，提出一种用于研究RSSI和距离之间映射关系的实验方法及装置，自动完成测距和测量RSS1，精度高、操作方便。
[0005]为达到上述目的，本发明用于研究RSSI和距离之间映射关系的实验方法及装置采用的技术方案是:地面上具有一个箱体结构，箱体结构上部固定有工业机器人执行机构，工业机器人执行机构顶端固定有第一超声波收发器和接收节点；箱体结构内部固定有控制电路板，接收节点及第一超声波收发探头分别通过数据线和控制电路板相连；第一超声波收发器和接收节点的外部有飘在空中的风筝，风筝通过风筝线固定在箱体结构上，风筝面向地面的一侧上固定有发射节点，发射节点上有第二超声波收发探头；所述工业机器人执行机构转动微调使第一超声波收发探头的空间位置和第二超声波收发探头自动对准。
[0006]本发明用于研究RSSI和距离之间映射关系的实验方法采用的技术方案是包括以下步骤:
A、调整工业机器人执行机构，控制电路板控制第一超声波收发探头发送一束测试超声波信号，待第二超声波收发探头接收到信号后停止发送测试超声波，使第一超声波收发探头和风筝上的第二超声波收发探头对准。
[0007]B、控制电路板控制第一超声波收发探头发送一束超声波，并记录此时的时间T1,第二超声波收发探头一旦接收到此超声波信号就返回一束超声波信号，控制电路板记录第一超声波收发探头接收到第二超声波收发探头返回的超声波信号时的时间T2，计算出两者
的距离
【权利要求】
1.一种研究信号强度指示和距离之间映射关系的实验装置，其特征是:地面上具有一个箱体结构(17)，箱体结构(17)上部固定有工业机器人执行机构，工业机器人执行机构顶端固定有第一超声波收发器(1-1)和接收节点(14);箱体结构(170内部固定有控制电路板(12)，接收节点(14)及第一超声波收发探头(1-1)分别通过数据线和控制电路板(12)相连；第一超声波收发器(1-1)和接收节点(14)的外部有飘在空中的风筝(3)，风筝(3)通过风筝线固定在箱体结构(17)上，风筝(3)面向地面的一侧上固定有发射节点(2)，发射节点(2)上有第二超声波收发探头(1-2);所述工业机器人执行机构转动微调使第一超声波收发探头(1-1)的空间位置和第二超声波收发探头(1-2)自动对准。
2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征是:所述工业机器人执行机构包括臂部(7)、腰部(8)、大臂步进电机(9)、回转步进电机(16)和基座(10)，基座(10)水平固定在箱体结构17的上表面上，回转步进电机16垂直固定在基座(10)上表面上且输出轴连接腰部(8),腰部(8)底部中心位置开有圆柱形凹槽(19),在圆柱形凹槽(19)的侧翼各有一个卡槽(20)，回转步进电机(16)输出轴上的对应位置设有配合卡槽(20)的卡榫，腰部(8)的顶部连接水平安装的大臂步进电机(9)，腰部(8)的顶部铰接臂部(7)，臂部(7)的顶部固定有超声波收发器支撑板(6),超声波收发器支撑板(6)上部固定有第一超声波收发器(1-1)和接收节点(14);大臂步进电机(9)和回转步进电机(16)分别通过控制线和控制电路板(12)相连。
3.根据权利要求1所述的实验装置，其特征是:控制电路(12)包括电源模块、MCU控制处理单元、放大电路、检波电路、回转步进电机控制器及大臂步进电机控制器；接收节点(14)通过数据线和控制电路板(12)相连；第一超声波收发探头(1-1)内部的超声波接收头依次通过放大电路、检波电路与MCU控制`处理单元相连，第一超声波收发探头(1-1)内部的超声波发射头通过检波电路同与MCU控制处理单元相连；大臂步进电机(9)通过控制线和大臂步进电机控制器相连，回转步进电机(16)通过控制线和回转步进电机控制器相连。
4.根据权利要求1所述的实验装置，其特征是:箱体结构(17)下端固定有带走轮的行走架(13)，用于宏观调整第一超声波收发探头(1-1)的位置。
5.一种如权利要求1所述实验装置的实验方法，其特征是包括以下步骤: A、调整工业机器人执行机构，控制电路板(12)控制第一超声波收发探头(1-1)发送一束测试超声波信号，待第二超声波收发探头(1-2)接收到信号后停止发送测试超声波，使第一超声波收发探头(1-1)和第二超声波收发探头(1-2 )对准； B、控制电路板(12)控制第一超声波收发探头(1-1)发送一束超声波，并记录此时的时间T1，第二超声波收发探头(1-2)—旦接收到此超声波信号就返回一束超声波信号，控制电路板(12 )记录第一超声波收发探头(1-1)接收到第二超声波收发探头(1-2 )返回的超声波信号时的时间T2，计算出两者的距离Cl1= ?χ K ,接收节点(14)将接收到的信号强度2指示值传给控制电路板(12); C、改变风筝(3)的高度以改变第一、第二超声波收发探头(1-1、1_2)之间的距离，待风筝(3)在空中稳定之后，重复步骤A和B ; D、对多组信号强度指示值和其对应的距离进行数据拟合，分析出信号强度指示和距离之间映射关系。
6.根据权利要求4所述的实验方法，其特征是:步骤A中，控制电路(12)中的MCU控制处理单元发出一个电脉冲信号给回转步进电机控制器，回转步进电机驱动器驱动回转步进电机(16)带动腰部( 8)回转，进而带动臂部(7)绕输出轴水平转动一个步距角；MCU控制处理单元连续发送多个脉冲波给大臂步进电机控制器，驱动大臂步进电机(9)绕其输出轴方向持续转动；回转步进电机(16)每水平转动一个步距角，大臂步进电机(9)带动臂部(7)绕其输出轴持续转动直至极限位置，最终完成第一、第二超声波收发探头(1-1、1_2)之间的自动对准。
【文档编号】H04B17/00GK103763042SQ201310491193
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年10月18日 优先权日:2013年10月18日
【发明者】张荣标, 陈超, 张业成, 宋永献 申请人:江苏大学