專利名稱：多功能無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一 種應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點設(shè)備，屬于無線通信和信息 傳播技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是指由大量傳感器節(jié)點籍由無線通信的方式組成的信息傳 播網(wǎng)絡(luò)，在軍事、工業(yè)、交通、安全、醫(yī)療、家庭和辦公環(huán)境等眾多場合有著非 常廣泛的應(yīng)用，是目前國內(nèi)外研究和應(yīng)用的熱點技術(shù)之一。傳感器節(jié)點需要完成信息采集、處理和傳播的功能，同時要求成本低、體積 小、功耗極低。傳感器節(jié)點一般由電池供電，在不更換電池的情況下要求能夠工 作數(shù)月至數(shù)年之久。典型的傳感器節(jié)點包括信息釆集模塊、信息處理模塊、無線 通信模塊和電源模塊。如何在成本、體積和功耗的限制之下，實現(xiàn)傳感器節(jié)點， 是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一 。傳感器節(jié)點的實現(xiàn)有多種途徑。采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)，以片上系統(tǒng) (System on Chip, SoC)的方式，將信息采集模塊、信息處理模塊和無線通信模 塊等集成在一片芯片上，能夠?qū)崿F(xiàn)極低的單位成本和功耗，體積也非常小，是傳 感器節(jié)點實現(xiàn)的最佳途徑之一。但采用這樣的方式，是以極大的節(jié)點需求量為前 提的。而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用針對性很強(qiáng),不同的網(wǎng)絡(luò)需要不同的傳感器節(jié)點。 對不少無線傳感器網(wǎng)絡(luò)而言，用SoC的方式實現(xiàn)傳感器節(jié)點，在短期內(nèi)是不現(xiàn) 實的。另一種途徑是用已有的集成電路芯片和元器件分別實現(xiàn)傳感器節(jié)點的各部 分模塊，比如"智能塵埃(Smart Dust)"無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[l]和"圖釘(Pushpin)" 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[2]等，都采用了這樣的節(jié)點實現(xiàn)方式。這樣的方式，系統(tǒng) 實現(xiàn)靈活，能夠針對具體的應(yīng)用，較為方便地實現(xiàn)所需要的傳感器節(jié)點。[1] J. M. Kahn^ IL H. Katz^ and K. S. J. Pister， "Next Century Challenges: Mobile Networking for 'Smart Dust'," In Proc. the 5m annual ACM/EEEE international conference on Mobile computing and networking, pp. 271-278.[2] J. Lifton， Deva Seetharam， M. Broxtoi^ and J. Paradiso, "Pushpin Computing System Overview: A Platform for Distributed, Embedded, Ubiquitous Sensor Networks," In Proc. Pervasive Computing 2002， Agosto 2002.發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問厘本實用新型針對事件驅(qū)動型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計了具有測距、 紅外感應(yīng)、信息處理、無線傳輸?shù)鹊亩喙δ軣o線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備，能夠組成 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，偵測紅外溫度變化等事件。整個節(jié)點設(shè)備成本低、功耗小，實 用價值高。技術(shù)方案本實用新型設(shè)計的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備包括紅外感應(yīng)器、 紅外放大電路、處理器、外部接口電路、無線通信模塊、電源模塊；其中，紅外 感應(yīng)器、紅外放大電路、處理器順序串聯(lián)連接，處理器與外部接口電路、無線通 信模塊分別雙向連接，電源模塊分別與各部分連接。紅外感應(yīng)器釆用內(nèi)置的熱釋電元件作為紅外感應(yīng)源,并通過內(nèi)置的菲泥爾濾 光片將人體發(fā)射的紅外線增強(qiáng)后匯聚在紅外感應(yīng)源上，使之在人體紅外輻射溫度 變化時釋放電荷，形成弱電流。紅外放大電路將紅外感應(yīng)器釋放的弱電流放大， 使之能夠被后續(xù)電路處理。紅外放大電路的輸出信號接入處理器。處理器采用Philips公司的 P89LPC936微控制器作為控制單元。該微控制器包含有16K字節(jié)的閃存程序存 儲器，768字節(jié)的隨機(jī)存取存儲器，內(nèi)置7.373 MHz阻容振蕩器(亦可使用外接 振蕩器)，指令執(zhí)行時間一般2-4個時鐘周期。P89LPC936功耗、成本較低， 并支持正常、掉電、完全掉電等工作模式，完全掉電時的工作電流僅為luA左 右。處理器與外部接口電路相連，外部接口電路提供節(jié)點與外部交換信息的串口 電路和控制電路。處理器將檢測到的紅外信號放在數(shù)據(jù)包中，通過無線通信模塊發(fā)送出去。無線通信模塊基于ADI公司的ADF7020-1芯片設(shè)計、實現(xiàn)。系統(tǒng)工作在434MHz頻段，輸出功率從-15 dBm到13 dBm可調(diào)。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點設(shè)備還接收、處理其它節(jié)點發(fā)來的信息。此時，其它節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)包由無線通信模塊接收，將其中的信息傳輸給處理器，處理器對信息進(jìn)行處理后，根據(jù)信息的內(nèi)容，或者使用此信息，或者將信息再通過無線通信模塊轉(zhuǎn)發(fā)出去。ADF7020-1芯片內(nèi)置提供接收信號強(qiáng)度指示(Received Signal StrengthIndicator, RSSI)信息功能。無線通信模塊5利用RSSI信息，估計信號發(fā)射節(jié)點 到其本身的距離。無線通信模塊采用型號為"ADF7020-1"的芯片作為主收發(fā)模塊，采用 "ADG919"芯片作為收發(fā)切換，采用"HPF433A"芯片作為接收帶通濾波器。 處理器采用型號為"P89LPC936"微控制器作為控制單元。節(jié)點使用兩節(jié)七號電池串接，作為電源模塊，給節(jié)點的其它部分供電。有益效果本實用新型設(shè)計的傳感器節(jié)點設(shè)備具有以下優(yōu)點1. 成本低節(jié)點設(shè)備的各個模塊都采用價格低、能夠方便購買的芯片和元件 實現(xiàn)；2. 功耗低節(jié)點設(shè)備的無線通信模塊和處理器模塊都支持休眠功能，通過編 程控制，可使節(jié)點大部分時間都處于休眠狀態(tài)，大幅度地降低節(jié)點的平均功耗;3. 方便靈活通過對處理器編程，可以實現(xiàn)多種不同的功能；4. 結(jié)構(gòu)清晰、性能穩(wěn)定節(jié)點設(shè)備各模塊間功能劃分和接口定義清晰，通過 實測，節(jié)點設(shè)備工作穩(wěn)定。


圖1是無線傳感器節(jié)點設(shè)備電路框圖。圖2是紅外感應(yīng)器1和紅外放大電路2的電路原理圖。圖3是處理器3電路原理圖。圖4是無線通信模塊5電路原理圖。以上的圖中有紅外感應(yīng)器1、紅外放大電路2、處理器3、外部接口電路4、 無線通信模塊5、電源模塊6。
具體實施方式
紅外感應(yīng)器l、紅外放大電路2、處理器3順序串聯(lián)連接，處理器3與外部 接口電路4、無線通信模塊5分別雙向連接，電源模塊6分別與各部分連接。紅外感應(yīng)器1采用熱釋電元件作為紅外感應(yīng)源，并通過菲泥爾濾光片將人體 發(fā)射的紅外線增強(qiáng)后匯聚在紅外感應(yīng)源上，使之在人體紅外輻射溫度變化時釋放 電荷，形成弱電流。紅外放大電路2將紅外感應(yīng)器1釋放的弱電流放大，使之能 夠被后續(xù)電路處理。紅外放大電路的輸出信號接入處理器3。處理器3采用 Philips公司的P89LPC936微控制器作為控制單元。處理器3與外部接口電路4 相連，外部接口電路4提供節(jié)點與外部交換信息的串口電路和控制電路。處理器 3將檢測到的紅外信號放在數(shù)據(jù)包中，通過無線通信模塊5發(fā)送出去。無線通信 模塊5基于ADI公司的ADF7020-1芯片設(shè)計、實現(xiàn)。系統(tǒng)工作在434 MHz頻段， 輸出功率從-15dBtn到13犯m可調(diào)。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點設(shè)備還接收、 處理其它節(jié)點發(fā)來的信息。此時，其它節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)包由無線通信模塊5接收， 將其中的信息傳輸給處理器3，處理器對信息進(jìn)行處理后，根據(jù)信息的內(nèi)容，或 者使用此信息，或者將信息再通過無線通信模塊5轉(zhuǎn)發(fā)出去。無線通信模塊5 利用ADF7020-1芯片提供的RSSI信息，估計信號發(fā)射節(jié)點到其本身的距離。圖2是紅外感應(yīng)器和紅外放大電路的電路原理圖。采用運算放大器組成兩級 串接的放大電路，第二級放大電路中的滑動變阻器用來調(diào)節(jié)第二級放大器的增 益。圖3是處理器模塊的電路原理圖。釆用32.768 KHz的晶振用作計時的頻率 源。處理器3采用型號為"P89LPC936"微控制器作為控制單元，紅外放大電路2 的信號輸出端管腳"IR"與處理器3的"IR"管腳連接，外部接口電路4的 "ULTRA一RX"和"ULTRAJDT管腳分別與處理器3的"ULTRA一RX"和 "ULTRAJTX"管腳連接，無線通信模塊5的"CE、 SLE、 SDATA、 SREAD、 SCLK"、 "MUXOUT、 RF—CTRL、 DATA—CLK、 DATAJO、 INT/LOCK"管腳分別與處理 器3的"CE、SLE、SDATA、SREAD、SCLK"、"MUXOUT、RF—CTRL、DATA—CLK、 DATA—10、 INT/LOCK"管腳連接。圖4是無線通信模塊的電路原理圖。采用ADF7020-1芯片作為主收發(fā)模塊; ADGW9芯片用作收發(fā)切換，HPF433A用作接收帶通濾波器。ADF702(M采用 高斯濾波頻移鍵控(Gaussian Filtered-Frequency-Shift Keying, GFSK)的信號調(diào) 制方式，工作在434MHz頻段，無線傳輸速率50Kbps。
權(quán)利要求1. 一種多功能無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備，其特征在于在該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備包括 紅外感應(yīng)器(1)、紅外放大電路(2)、處理器(3)、外部接口電路(4)、無線通 信模塊(5)、電源模塊(6);其中，紅外感應(yīng)器(1)、紅外放大電路(2)、處理 器(3)順序串聯(lián)連接，處理器(3)與外部接口電路(4)、無線通信模塊(5) 分別雙向連接，電源模塊(6)分別與各部分連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備，其特征在于紅外 感應(yīng)器(1)采用內(nèi)置的熱釋電元件作為紅外感應(yīng)源，并通過內(nèi)置的菲泥爾濾光 片將人體發(fā)射的紅外線增強(qiáng)后匯聚在紅外感應(yīng)源上，使之在人體紅外輻射溫度變 化時釋放電荷，形成弱電流。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備，其特征在于無 線通信模塊(5)采用型號為"ADF7020-1"的芯片作為主收發(fā)模塊，采用"ADG919" 芯片作為收發(fā)切換，采用"HPF433A"芯片作為接收帶通濾波器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備，其特征在于處理 器(3)采用型號為"P89LPC936"微控制器作為控制單元，紅外放大電路(2)的 信號輸出端管腳"IR"與處理器(3)的"IR"管腳連接，外部接口電路(4)的 "ULTRA—RX"和"ULTRAJDC'管腳分別與處理器(3)的"ULTRA—RX"和 "ULTRAJDC'管腳連接，無線通信模塊(5)的"CE、 SLE、 SDATA、 SREAD、 SCLK"、 "MUXOUT、 RF_CTRL、 DATA—CLK、 DATA_IO、 INT/LOCK"管腳分 別與處理器(3)的"CE、 SLE、 SDATA、 SREAD、 SCLK"、 "MUXOUT、 RF—CTRL、 DATA—CLK、 DATA—10、 INT/LOCK"管腳連接。
專利摘要多功能無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備是針對事件驅(qū)動型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計的具有測距、紅外感應(yīng)、信息處理、無線傳輸?shù)鹊亩喙δ軣o線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備，能夠組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，偵測紅外溫度變化等事件。整個節(jié)點設(shè)備成本低、功耗小，實用價值高。在該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備包括紅外感應(yīng)器(1)、紅外放大電路(2)、處理器(3)、外部接口電路(4)、無線通信模塊(5)、電源模塊(6)；其中，紅外感應(yīng)器(1)、紅外放大電路(2)、處理器(3)順序串聯(lián)連接，處理器(3)與外部接口電路(4)、無線通信模塊(5)分別雙向連接，電源模塊(6)分別與各部分連接。
文檔編號H04B10/10GK201039184SQ20072003815
公開日2008年3月19日 申請日期2007年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月1日
發(fā)明者余旭濤, 張在琛 申請人:東南大學(xué)