北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是中國(guó)正在實(shí)施的自主研發(fā)、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)致力于向全球用戶提供高質(zhì)量的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)，包括向全球免費(fèi)提供定位、測(cè)速和授時(shí)服務(wù)。目前，北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的建設(shè)正按計(jì)劃穩(wěn)步推進(jìn)，目前已成功發(fā)射了16顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，服務(wù)范圍覆蓋了亞太地區(qū)。

　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量的靜止或移動(dòng)的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)作地感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域內(nèi)被感知對(duì)象的信息，并最終把這些信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)的所有者。在無(wú)線傳感網(wǎng)技術(shù)中，最為符合低功耗、低成本、高可靠性要求的當(dāng)屬ZigBee技術(shù)。ZigBee技術(shù)是一種工作在全球、美國(guó)和歐洲3個(gè)頻段上的無(wú)線通信技術(shù)，基于無(wú)線通信協(xié)議。它具有低功耗、低成本、低復(fù)雜度、自動(dòng)組網(wǎng)的特點(diǎn)，主要適合于短距離無(wú)線通信、組網(wǎng)、自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域，并可以嵌入至各種設(shè)備中。

　　這兩種熱門技術(shù)特點(diǎn)鮮明，如果將它們結(jié)合，即把定位導(dǎo)航技術(shù)與短距離組網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，就可以實(shí)現(xiàn)更廣泛和更復(fù)雜的應(yīng)用，滿足對(duì)于不同規(guī)模和要求的檢測(cè)、定位、導(dǎo)航等各項(xiàng)需求，方便數(shù)據(jù)傳輸，彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品的空白。

　　1 創(chuàng)新功能

　　1.1 精確定位

　　ZigBee節(jié)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于野外環(huán)境勘測(cè)、智能交通監(jiān)控等領(lǐng)域，單純的ZigBee節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)是一維數(shù)據(jù)，孤立的數(shù)據(jù)不利于分析與決策。如果將采集地的位置信息也一起獲取，就可以把采集到的環(huán)境信息與位置信息相結(jié)合，在匯總、分析時(shí)繪制成一個(gè)二維的數(shù)據(jù)地圖，更將直觀地了解信息的分布狀況;而如果再加上精確的時(shí)間，就組成了三維的數(shù)據(jù)體，這樣的數(shù)據(jù)更加綜合、全面。

　　1.2 間接定位

　　衛(wèi)星定位通常要求在有天空視野的室外，因而在室內(nèi)就定位困難。利用ZigBee的間接定位，當(dāng)周圍已經(jīng)存在了包含定位設(shè)備的ZigBee網(wǎng)絡(luò)時(shí)，就可以接入ZigBee網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)間接定位。相當(dāng)于在這個(gè)區(qū)域內(nèi)任意可接入網(wǎng)絡(luò)的地點(diǎn)提供了實(shí)時(shí)間接定位的服務(wù)，任何設(shè)備都可以透過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)獲取自己當(dāng)前的位置信息，這樣不僅降低了定位服務(wù)的成本，也擴(kuò)大了定位的應(yīng)用范圍。

　　1.3 網(wǎng)絡(luò)授時(shí)

　　ZigBee網(wǎng)絡(luò)雖然具備低成本、低功耗、高可靠性的優(yōu)勢(shì)，但是考慮到網(wǎng)絡(luò)延時(shí)和較低的數(shù)據(jù)傳輸速率，因此在系統(tǒng)實(shí)時(shí)性方面不盡如人意。當(dāng)ZigBee網(wǎng)絡(luò)面對(duì)的是某種對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用時(shí)，勢(shì)必會(huì)因?yàn)檩^大的時(shí)延，影響數(shù)據(jù)的精確性。如果采用從北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)獲取的精確時(shí)間，然后對(duì)全網(wǎng)所有節(jié)點(diǎn)校時(shí)，那么節(jié)點(diǎn)的同步性就得到了提高，從而提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

　　1.4 數(shù)據(jù)通信

　　北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)雖然可以提供精確的時(shí)間和位置信息，但是卻沒(méi)有信息的傳遞能力，ZigBee網(wǎng)絡(luò)就為這種信息組織提供了一種簡(jiǎn)便的方式。通過(guò)把北斗定位的數(shù)據(jù)架設(shè)于ZigBee網(wǎng)絡(luò)之中，就可以讓位置信息傳遞起來(lái)。

　　2 北斗+ZigBee終端的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　2.1 結(jié)構(gòu)體系

　　北斗導(dǎo)航系統(tǒng)與ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系如圖1所示，主要由ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和北斗導(dǎo)航節(jié)點(diǎn)組成。傳感網(wǎng)子網(wǎng)內(nèi)一般由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)和多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成。主節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)和網(wǎng)內(nèi)設(shè)備的管理，同時(shí)與北斗定位導(dǎo)航模塊通信。

　　2.2 硬件設(shè)計(jì)

　　在ZigBee節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)上，選用Freescale公司針對(duì)ZigBee技術(shù)推出的MC13213芯片。該芯片是完整的單芯片解決方案，其內(nèi)部集成了HCS 08 MCU和遵循IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的第二代無(wú)線射頻收發(fā)器，也稱為Modem。MC13213能夠以非常低的總材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。其特點(diǎn)是速度快，片內(nèi)資源豐富。其硬件框圖如圖2所示。

　　北斗定位導(dǎo)航模塊以芯星通公司的UM220芯片為核心設(shè)計(jì)。UM220是針對(duì)車輛監(jiān)控、氣象探測(cè)和電信電力授時(shí)等應(yīng)用而推出的北斗/GPS雙系統(tǒng)模塊。單芯片支持北斗BD2/GPS功能，無(wú)需外接CPU即可直接輸出NMEA數(shù)據(jù)，支持UART、SPI、1PPS、I2C等多種接口。引腳連接如圖3所示，本設(shè)計(jì)通過(guò)TXD3、RXD3分別與MC13213的PTE1（TXD1）、PTE0（RXD1）相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。