基于音频信号的WSN节点间距测量设计

t)求平均值Av，再进行减法处理，滤除信号中的直流分量，使之成为交流信号j(t)，音频测距信号是交流信号，滤除直流分量有利于后续处理过程中分离出较大的测距信号幅度。

　　(3)数字全波整流。经过(2)处理后的信号是正负变换的双极性信号，再进行z(t)=| j(t) |处理，即数字全波整流，变换为正的单极性信号。

　　(4)低通滤波。利用二阶IIR低通滤波器对z(t)进行数字滤波处理，得到一个与z(t)包络线相似的信号b(t)。

　　(5)对b(t)进行幅值变化趋势分析。在测距信号开始出现的数据段，相邻数据点的幅值差较大，而且是连续递增的(通过试验可以确定连续递增的最小数据个数)，找出幅度连续增加的起始点n(i)，即为信号到达时刻点，如图3所示。

　　4 试验结果

　　试验用的测距信号为单频率正弦信号，频率为3000 Hz，采样频率23.8 kHz，采样长度为 4096点(12位ADC)。图3是原始信号波形及数据处理过程中的数据波形。对于原始信号，直接利用信号的幅度或者频率来判别测距信号的起始点存在很大误差或者无法识别，而利用本文所述的方法可以获得精度较高的信号起始点。在系统时钟为10 MHz时，整个计算过程约耗时1.5 s，可以满足静态或者慢速移动节点的定位需求，在30 m处的测距最大误差约3.5%。

　　5 结 论

　　实现了一种具有音频定位功能的无线传感器网络节点，它具有独立的RTC+电源管理单元设计，实现了低功耗休眠，可以实现30 m远的节点间距测量。提出用单片机实现的测距信号TOA估计方法，可以获得较高的到达时刻估计精度，为实现高精度的节点定位提供了一种有效的方法。该节点可用于构建应用于森林、农田等远距离节点间距的无线网络。