基于无线传感器网络的设施农业车辆定位系统设计与试验

摘要：

为解决目前设施农业机械定位系统稳定性差、定位精度低和成本高等问题，该文设计了一套基于NanoPAN5375模块的无线传感器网络（wireless sensor network，WSN）定位系统。该定位系统的3个信标节点负责和定位节点的无线测距，安装有定位节点的车辆构成的移动节点负责无线测距和定位坐标的计算。WSN 节点采用的是基于 NanoPAN5375的WD5032N模块。NanoPAN5375模块通过串行外设接口和微处理器进行通信，实现无线通信和无线测距的功能。设计了WD5032N模块的供电底板电路，满足其微处理器和NanoPAN5375模块的供电要求，以及通过串口和液晶显示屏模块通信实时显示定位坐标X和Y。节点软件以Keil MDK为开发环境，采用单片机 C语言开发，实现节点数据采集与处理、无线传输和串口通信等功能。在定位节点上，采用基于线性调频扩频技术的对称双向双边测距算法来计算定位节点到各个信标节点之间的距离，并使用三边质心定位算法计算出未知节点的坐标位置信息，最后使用卡尔曼滤波算法对目标状态的观测值进行迭代，解决因为测量噪声对于定位精度造成的影响。在WD5032N上分别采用3DB天线和5DB天线进行室内和室外测距和定位试验，结果表明，基于NanoPAN5375的WSN定位系统稳定性好，定位精度高，在3个信标节点组成的合适的等边三角形3条边线范围内定位精度能达到1 m左右，而在接近三角形边线外侧的位置定位精度是1～2 m左右，可以满足一般设施农业车辆的定位精度要求。该文为农业机械精确定位的深入研究提供了参考。

关键词：农业机械、算法、定位、设施农业、卡尔曼滤波

分类号：TN962

资助基金：国家科技支撑计划项目设施农业种苗培育机器人研究2013AA1024406-03

在线出版日期：2015-06-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：190-197