專利名稱：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點，能夠?qū)崿F(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的同步 采集及網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的長時間睡眠和定時喚醒工作模式轉(zhuǎn)換，極大降低節(jié)點功耗，適用于低功 耗的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSN)作為一個新興的技術(shù)，由部署在檢 測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型節(jié)點組成，通過無線通信方式形成一個多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)，協(xié)作地 采集和處理檢測區(qū)域中的感知對象信息，并發(fā)送給觀察者。它的出現(xiàn)產(chǎn)生了一種全新的信息 獲取和處理模式，結(jié)合不同類型的傳感器，在環(huán)境監(jiān)測、軍事偵察、智能家居、智能交通、 工業(yè)控制等眾多領(lǐng)域有著廣闊的應用前景。
其中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量低成本的傳感器節(jié)點構(gòu)成的自組織網(wǎng)絡(luò)。因為工作環(huán)境及 成本原因，傳感器節(jié)點通常使用電池供電，能量十分有限，因此提高能量有效性、延長網(wǎng)絡(luò) 壽命成為傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)。對于實際的檢測環(huán)境中數(shù)據(jù)的采集一般不是很頻繁， 而目前的傳感器節(jié)點一般是通過微處理器內(nèi)部的睡眠定時器來實現(xiàn)短時間周期性的頻繁喚 醒，來巡檢是否有數(shù)據(jù)的采集要求，時鐘的校準是通過相關(guān)通信協(xié)議軟件算法來實現(xiàn)，在實 際應用中存在比較大的缺陷。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的傳感器網(wǎng)絡(luò)中頻繁的時間喚醒機制、時間同步及校準的復雜性,本實用新 型提供了一種帶有精準時鐘模塊的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。節(jié)點的精準時鐘模塊控制節(jié)點的MCU，
可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)時間同步和校準及長時間睡眠與定時喚醒轉(zhuǎn)換，極大降低節(jié)點功耗，從而有效地 拓展了整個網(wǎng)絡(luò)的生命周期。
本實用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，包括MCU、系統(tǒng)時鐘、RF模塊、電源模塊和傳感器接口模塊， 其特征在于還包括精準時鐘模塊；其中，所述MCU與所述系統(tǒng)時鐘、所述RF模塊、所述電源 模塊、所述傳感器接口和所述精準時鐘模塊電連接，用于控制傳感器采集數(shù)據(jù)及控制無線通 信RF模塊與其他節(jié)點進行無線通信；所述系統(tǒng)時鐘與所述MCU電連接，為節(jié)點的工作提供穩(wěn)定 的外部時鐘；所述RF模塊與所述MCU電連接，在MCU的控制下實現(xiàn)無線信號的收發(fā)通信；所述電源模塊為所述MCU、所述RF模塊、所述精準時鐘模塊各部分電連接，提供穩(wěn)定的電源；所述 傳感器接口一端與所述MCU電連接，另一端接各種傳感器，用于完成各種參數(shù)測量；所述特有 的精準時鐘模塊是由帶鬧鐘的精準時鐘芯片及外圍器件組成，與所述MCU電連接。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點外接帶鬧鐘功能的精準實時時鐘芯片，使節(jié)點在空閑時處于關(guān)閉狀 態(tài)，每當采集數(shù)據(jù)時間到，由時鐘芯片輸出中斷信號開啟節(jié)點的MCU系統(tǒng)以響應上位機指令， 校準本地時鐘并進行數(shù)據(jù)采集，在數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，程序控制MCU系統(tǒng)斷電，使無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)節(jié)點再次處于關(guān)閉狀態(tài)，轉(zhuǎn)入長時間休眠， 一直到下一次中斷喚醒信號。
本實用新型的有益效果是，利用精準時鐘模塊控制無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點實現(xiàn)長時間的休 眠和定時喚醒、時間同步和校準，即保證了按時采集傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)，又減少了節(jié)點頻繁的 周期喚醒與休眠，節(jié)約了大量電池能量，在很大程度上使節(jié)點的功耗更低，從而延長了整個 網(wǎng)絡(luò)的生命周期。


圖1是本實用新型節(jié)點的硬件結(jié)構(gòu)框圖2是本實用新型節(jié)點精準時鐘芯片的寫操作工作時序圖3是本實用新型節(jié)點精準時鐘芯片控制節(jié)點MCU工作時序圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
如圖1所示， 一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的硬件框圖主要包括MCU、系統(tǒng)時鐘、RF模塊、電 源模塊、傳感器接口和精準時鐘模塊組成。其中，①MCU為整個傳感器節(jié)點的控制中心；②系 統(tǒng)時鐘為節(jié)點的工作提供穩(wěn)定的外部時鐘；③RF模塊在MCU的控制下實現(xiàn)無線信號的收發(fā)； 電源模塊為節(jié)點及外圍模塊提供穩(wěn)定的電源， 一般用電池來實現(xiàn)；⑤傳感器接口用于節(jié)點與 傳感器的連接；⑥精準時鐘模塊是由帶鬧鐘的精準時鐘芯片及外圍器件組成，使節(jié)點能夠進 行較長時間休眠和定時喚醒工作模式轉(zhuǎn)換，來實現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)的時間同步及完成同步數(shù)據(jù)采集 功能。
MCU為整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的控制中心，與系統(tǒng)時鐘、RF模塊、電源模塊、傳感器接 口和精準時鐘模塊均有連接，用于控制傳感器采集數(shù)據(jù)及控制無線通信RF模塊與其他節(jié)點進 行無線通信；系統(tǒng)時鐘與MCU連接，為節(jié)點的工作提供穩(wěn)定的外部時鐘；RF模塊與MCU連接， 在MCU的控制下實現(xiàn)無線信號的收發(fā)通信；電源模塊為MCU、 RF模塊、精準時鐘模塊各部分提 供穩(wěn)定的電源， 一般用電池來實現(xiàn)；傳感器接口一端與MCU相連，另一端接各種傳感器，用于完成各種參數(shù)測量；精準時鐘模塊是由帶鬧鐘的精準時鐘芯片及外圍器件組成，與MCU相連， 使節(jié)點能夠進行較長時間休眠和定時喚醒工作模式轉(zhuǎn)換，來實現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)的時間同步及完成 同步數(shù)據(jù)采集功能。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，由節(jié)點的精準時鐘模塊實現(xiàn)長時間休眠與定時喚醒工作模式轉(zhuǎn)換。
在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點工作前預先設(shè)定精準時鐘模塊中時鐘芯片定時的時間數(shù)據(jù)，當定 時時間到時，時鐘芯片與MCU相連的中斷引腳輸出脈沖，脈沖的下降沿(或者上升沿)到來時 喚醒MCU， MCU控制整個節(jié)點開始工作，等待響應上位機控制指令，進行參數(shù)采集、傳輸數(shù)據(jù) 等工作，工作完成后，程序控制MCU再次轉(zhuǎn)入長時間休眠，等待下一次喚醒。
在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點均外接時鐘芯片,在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建完成后，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器會立刻接收 監(jiān)控中心計算機發(fā)來的時間同步信號，然后將該信息廣播給網(wǎng)絡(luò)中的所有傳感器節(jié)點(包括 網(wǎng)絡(luò)路由器和終端節(jié)點)，所有傳感器節(jié)點會通過這一信息完成初始化本地時鐘。
完成網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有節(jié)點時鐘同步初始化之后，設(shè)定時鐘芯片喚醒節(jié)點的時間，定時時間到 則時鐘芯片輸出中斷信號，將傳感器節(jié)點(包括路由器和終端節(jié)點)喚醒，響應上位機指令， 完成數(shù)據(jù)的釆集和發(fā)送，之后使節(jié)點再次轉(zhuǎn)入長時間休眠，等待下一次時鐘芯片的中斷喚醒 信號。
由圖2對時鐘芯片寫操作工作時序圖可見，在設(shè)定時鐘芯片時先寫入地址，然后寫入需要 定時的時間數(shù)據(jù)，在圖3的時鐘芯片控制節(jié)點MCU工作時序圖中，當定時時間到時，時鐘芯片 與MCU相連的中斷口輸出脈沖，下降沿(或者上升沿)到來時喚醒MCU，然后節(jié)點開始等待響 應上位機控制指令，進行采集、傳輸數(shù)據(jù)等工作，工作完成后，程序控制MCU再次轉(zhuǎn)入長時間 休眠，等待下一次喚醒。
在每天固定的時刻(比如晚上0點)喚醒網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點，協(xié)調(diào)器會發(fā)送時鐘校準信號， 各節(jié)點收到校準信號，重新初始化本地時鐘，從而完成整個網(wǎng)絡(luò)的時間重新校準。
上述實施例用來解釋本實用新型，而不是對本實用新型進行限制，在本實用新型的精神 和權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)，對本實用新型作出的任何修改和改變，都落入本實用新型的保護 范圍。
權(quán)利要求一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，包括MCU、系統(tǒng)時鐘、RF模塊、電源模塊和傳感器接口模塊，其特征在于還包括精準時鐘模塊；其中，所述MCU與所述系統(tǒng)時鐘、所述RF模塊、所述電源模塊、所述傳感器接口和所述精準時鐘模塊電連接，用于控制傳感器采集數(shù)據(jù)及控制無線通信RF模塊與其他節(jié)點進行無線通信；所述系統(tǒng)時鐘與所述MCU電連接，為節(jié)點的工作提供穩(wěn)定的外部時鐘；所述RF模塊與所述MCU電連接，在MCU的控制下實現(xiàn)無線信號的收發(fā)通信；所述電源模塊為所述MCU、所述RF模塊、所述精準時鐘模塊各部分電連接，提供穩(wěn)定的電源；所述傳感器接口一端與所述MCU電連接，另一端接各種傳感器，用于完成各種參數(shù)測量；所述特有的精準時鐘模塊是由帶鬧鐘的精準時鐘芯片及外圍器件組成，與所述MCU電連接。
專利摘要本實用新型涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，是一種可實現(xiàn)低功耗的節(jié)點。其特征是由精準時鐘模塊實現(xiàn)所有節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)時間同步和校準及長時間休眠與定時喚醒工作模式轉(zhuǎn)換控制。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建完成后，首先使整個網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點時鐘同步，在此基礎(chǔ)上，精準時鐘模塊根據(jù)定時時間喚醒長時間休眠中的節(jié)點，響應上位機指令完成數(shù)據(jù)采集和傳送等工作，之后再次轉(zhuǎn)入長時間休眠，等待下一次喚醒。本實用新型用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有遠程控制功能、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點時間同步、減少節(jié)點頻繁的周期喚醒與休眠、節(jié)約大量電池能量、極大降低系統(tǒng)功耗等優(yōu)點，從而大大提高能量有效性，有效地拓展了整個網(wǎng)絡(luò)的生命周期。
文檔編號H04W88/08GK201418155SQ200920022218
公開日2010年3月3日 申請日期2009年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月18日
發(fā)明者佳 宋, 翥 王, 郝曉強, 魏德寶 申請人:翥 王