專利名稱：一種新型無線mimo傳感器節(jié)點(diǎn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線傳感器節(jié)點(diǎn)，尤其是涉及一種新型無線MIMO傳感器節(jié)點(diǎn)。
背景技術(shù)：
Zigbee技術(shù)是I EEE 802. 15. 4協(xié)議規(guī)定的一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)， 其特點(diǎn)是低功耗、低速率、低成本、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低等，可實(shí)現(xiàn)近距離傳輸，且能夠搭建自組織網(wǎng)絡(luò)。目前，Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，主要包括1)通過嵌入到各種設(shè)備， 可用于監(jiān)控、自控和遠(yuǎn)程控制，即利用其所連接的傳感器直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控；2)作為中繼節(jié)點(diǎn)，自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳過來的數(shù)據(jù)資料；:3)Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可搭建類似于 CDMA和GSM的具有高可靠性的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，其通信模塊可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站的功能，傳輸距離從幾十米到幾百米甚至幾公里，并且支持無限擴(kuò)展。其中，Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)最大支持65000個(gè)無線通信模塊組成的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個(gè)模塊之間可以相互
ififn。但是實(shí)際應(yīng)用時(shí)，現(xiàn)有Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)主要存在以下問題現(xiàn)有Zigbee通信模塊中通常只有一個(gè)Zigbee芯片作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，由于受到自身傳輸速率低的影響，因而既不能采集太多的數(shù)據(jù)，也不能轉(zhuǎn)發(fā)過多其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。綜上，Zigbee技術(shù)本身具有低功耗、低成本、短時(shí)延等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用，但是其較低的傳輸速率制約其網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種新型無線 MIMO傳感器節(jié)點(diǎn)，其電路設(shè)計(jì)合理、接線方便、使用方式靈活且數(shù)據(jù)傳輸率高，能用于大數(shù)據(jù)量信息的采集和發(fā)送或者可以用于大規(guī)模無線傳感網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)匯聚和轉(zhuǎn)發(fā)，能有效解決 Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)存在的因傳輸速率較低而導(dǎo)致的對網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集量的制約問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種新型無線MIMO傳感器節(jié)點(diǎn)，其特征在于包括多個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊、多個(gè)射頻收發(fā)模塊、對多個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊所采集信號(hào)進(jìn)行分析處理并通過射頻收發(fā)模塊進(jìn)行發(fā)送且同時(shí)對射頻收發(fā)模塊所接收信號(hào)進(jìn)行分析處理的數(shù)據(jù)處理模塊、與射頻收發(fā)模塊相接的天線以及為數(shù)據(jù)處理模塊和射頻收發(fā)模塊進(jìn)行供電的電源模塊，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括DSP控制器和與DSP控制器相接的現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA，多個(gè)射頻收發(fā)模塊均與現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA相接，多個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊均與DSP控制器相接，所述電源模塊分別與數(shù)據(jù)處理模塊和射頻收發(fā)模塊相接。所述射頻收發(fā)模塊包括與現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA相接無線射頻模塊以及分別與無線射頻模塊相接的低噪聲放大器LNA和功率放大器，所述低噪聲放大器LNA和功率放大器分別與天線相接，所述無線射頻模塊、低噪聲放大器LNA和天線組成無線信號(hào)接收回路，所述無線射頻模塊、功率放大器和天線組成無線信號(hào)發(fā)送回路；所述無線射頻模塊為 Zigbee無線通信模塊。所述數(shù)據(jù)采集模塊包括傳感器、與傳感器相接的采樣保持電路和與采樣保持電路相接的A/D轉(zhuǎn)換模塊，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊與DSP控制器相接。所述傳感器為對溫度、濕度、壓力或可燃?xì)怏w進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測的模擬傳感器。所述Zigbee無線通信模塊為芯片CCM30或芯片CCM20。所述數(shù)據(jù)處理模塊還包括分別與DSP控制器相接的存儲(chǔ)單元和FLASH存儲(chǔ)器。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、電路設(shè)計(jì)合理、接線方便且使用操作簡便。2、使用效果好，具有Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)本身所具有的低功耗、低成本、短時(shí)延等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)數(shù)據(jù)傳輸速率高，能有效解決Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所存在的因傳輸速率較低而導(dǎo)致的對網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集量的制約問題。3、實(shí)用價(jià)值高，本發(fā)明利用多個(gè)Zigbee芯片搭建了一種具有多輸入和多輸出功能的新型無線傳感器節(jié)點(diǎn)，若將本發(fā)明應(yīng)用于信息采集時(shí)，具有η個(gè)ZigBee芯片的模塊，最多可發(fā)送單芯片節(jié)點(diǎn)的η倍的數(shù)據(jù)；若將本發(fā)明應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)中繼傳輸，可通過數(shù)據(jù)壓縮和有效的編碼方法，大幅度提高網(wǎng)絡(luò)吞吐率。實(shí)際使用過程中，根據(jù)各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際需要， 確定模塊中Zigbee芯片的數(shù)量，因而有效提高網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的效率和系統(tǒng)的吞吐率。4、無線射頻模塊包括具有短距離或者帶功率放大電路的距離可調(diào)模塊兩種模塊， 并通過配置和功率控制，可實(shí)現(xiàn)幾十米至幾百米的可變距離的通信功能；同時(shí)，通過現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮功能，同時(shí)能進(jìn)行信道編碼以及網(wǎng)絡(luò)編碼，從而使該無線傳感節(jié)點(diǎn)可以提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量和吞吐量。5、推廣應(yīng)用前景廣泛，能用于大數(shù)據(jù)量信息的采集和發(fā)送或者可以用于大規(guī)模無線傳感網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)匯聚和轉(zhuǎn)發(fā)，本發(fā)明作為數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)時(shí)，可以支持多數(shù)據(jù)采集模塊的大數(shù)據(jù)信息采集和傳輸；作為匯聚和轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)時(shí)，可降低網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度，支持大規(guī)模無線傳感網(wǎng)絡(luò)，并通過數(shù)據(jù)壓縮和處理，提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量效率。綜上所述，本發(fā)明電路設(shè)計(jì)合理、接線方便、使用方式靈活且數(shù)據(jù)傳輸率高，能用于大數(shù)據(jù)量信息的采集和發(fā)送或者可以用于大規(guī)模無線傳感網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)匯聚和轉(zhuǎn)發(fā)，因而能有效解決Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所存在的因傳輸速率較低而導(dǎo)致的對網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集量的制約問題。下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明的原理框圖。圖2為本發(fā)明除電源模塊外的電路原理框圖。附圖標(biāo)記說明1-數(shù)據(jù)采集模塊； 1-1-傳感器；1-2-采樣保持電路；1-3-A/D轉(zhuǎn)換模塊；2-數(shù)據(jù)處理模塊；2-1-DSP控制器；2-2-現(xiàn)場可編程邏輯2-3-存儲(chǔ)單元； 2-4-FLASH存儲(chǔ)器；器件FPGA ；
3-射頻收發(fā)模塊； 3-1-無線射頻模塊；3-2-低噪聲放大器LNA ；3-3-功率放大器； 4-天線；5-電源模塊。
具體實(shí)施例方式如圖1、圖2所示的一種新型無線ΜΙΜ0(多輸入多輸出)傳感器節(jié)點(diǎn)，本發(fā)明包括多個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊1、多個(gè)射頻收發(fā)模塊3、對多個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊1所采集信號(hào)進(jìn)行分析處理并通過射頻收發(fā)模塊3進(jìn)行發(fā)送且同時(shí)對射頻收發(fā)模塊3所接收信號(hào)進(jìn)行分析處理的數(shù)據(jù)處理模塊2、與射頻收發(fā)模塊3相接的天線4以及為數(shù)據(jù)處理模塊2和射頻收發(fā)模塊3進(jìn)行供電的電源模塊5。所述數(shù)據(jù)處理模塊2包括DSP控制器2-1和與DSP控制器2_1相接的現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA2-2。多個(gè)射頻收發(fā)模塊3均與現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA2-2 相接，多個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊1均與DSP控制器2-1相接，所述電源模塊5分別與數(shù)據(jù)處理模塊 2和射頻收發(fā)模塊3相接。本實(shí)施例中，所述射頻收發(fā)模塊3包括與現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA2-2相接無線射頻模塊3-1以及分別與無線射頻模塊3-1相接的低噪聲放大器LNA3-2和功率放大器 3-3，所述低噪聲放大器LNA3-2和功率放大器3_3分別與天線4相接，所述無線射頻模塊 3-1、低噪聲放大器LNA3-2和天線4組成無線信號(hào)接收回路，所述無線射頻模塊3-1、功率放大器3-3和天線4組成無線信號(hào)發(fā)送回路。所述無線射頻模塊3-1為Zigbee無線通信模塊，且其為芯片CCM30或芯片CCM20。所述數(shù)據(jù)處理模塊2還包括分別與DSP控制器2_1 相接的存儲(chǔ)單元2-3和FLASH存儲(chǔ)器2-4。所述射頻收發(fā)模塊3的數(shù)量為三個(gè)，實(shí)際使用時(shí)，可以根據(jù)需要將射頻收發(fā)模塊3的數(shù)量擴(kuò)展為η個(gè)。根據(jù)實(shí)際需要，所述射頻收發(fā)模塊 3可以分為近距離簡單射頻模塊和距離可變的具有功率放大電路的收發(fā)模塊。所述數(shù)據(jù)采集模塊1包括傳感器1-1、與傳感器1-1相接的采樣保持電路1-2和與采樣保持電路1-2相接的A/D轉(zhuǎn)換模塊1-3，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊1_3與DSP控制器2_1相接。所述傳感器1-1為對溫度、濕度、壓力或可燃?xì)怏w進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測的模擬傳感器。實(shí)際使用過程，可以根據(jù)具體檢測需要，采用相應(yīng)類型的傳感器，不限于上述傳感器類型。實(shí)際使用過程中，所述電源模塊5由電平轉(zhuǎn)換芯片和電源控制芯片構(gòu)成，其主要負(fù)責(zé)給數(shù)據(jù)處理模塊2和射頻收發(fā)模塊3進(jìn)行供電。所述數(shù)據(jù)處理模塊2中的DSP控制器 2-1負(fù)責(zé)各種接口的控制和數(shù)據(jù)的分配任務(wù)，所述數(shù)據(jù)處理模塊2中的現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA2-2用于收發(fā)數(shù)據(jù)的處理以及無線射頻模塊3-1的控制，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)射頻收發(fā)模塊 3的同步或者異步傳輸功能。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種新型無線MIMO傳感器節(jié)點(diǎn)，其特征在于包括多個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊(1)、多個(gè)射頻收發(fā)模塊(3)、對多個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊(1)所采集信號(hào)進(jìn)行分析處理并通過射頻收發(fā)模塊 (3)進(jìn)行發(fā)送且同時(shí)對射頻收發(fā)模塊C3)所接收信號(hào)進(jìn)行分析處理的數(shù)據(jù)處理模塊O)、 與射頻收發(fā)模塊C3)相接的天線以及為數(shù)據(jù)處理模塊( 和射頻收發(fā)模塊C3)進(jìn)行供電的電源模塊(5)，所述數(shù)據(jù)處理模塊( 包括DSP控制器(2-1)和與DSP控制器(2-1) 相接的現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA0-2)，多個(gè)射頻收發(fā)模塊C3)均與現(xiàn)場可編程邏輯器件 FPGA(2-2)相接，多個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊(1)均與DSP控制器(2_1)相接，所述電源模塊(5)分別與數(shù)據(jù)處理模塊( 和射頻收發(fā)模塊( 相接。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種新型無線MIMO傳感器節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述射頻收發(fā)模塊(3)包括與現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA0-2)相接無線射頻模塊(3-1)以及分別與無線射頻模塊(3-1)相接的低噪聲放大器LNA (3-2)和功率放大器(3-3)，所述低噪聲放大器 LNA(3-2)和功率放大器(3-3)分別與天線⑷相接，所述無線射頻模塊(3_1)、低噪聲放大器LNA(3-2)和天線(4)組成無線信號(hào)接收回路，所述無線射頻模塊(3-1)、功率放大器 (3-3)和天線(4)組成無線信號(hào)發(fā)送回路；所述無線射頻模塊(3-1)為Zigbee無線通信模塊。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的一種新型無線MIMO傳感器節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集模塊(1)包括傳感器(1-1)、與傳感器(1-1)相接的采樣保持電路(1-2)和與采樣保持電路(1- 相接的A/D轉(zhuǎn)換模塊(1-3)，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊(1- 與DSP控制器(2_1)相接。
4.按照權(quán)利要求3所述的一種新型無線MIMO傳感器節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述傳感器 (1-1)為對溫度、濕度、壓力或可燃?xì)怏w進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測的模擬傳感器。
5.按照權(quán)利要求2所述的一種新型無線MIMO傳感器節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述Zigbee無線通信模塊為芯片CCM30或芯片CCM20。
6.按照權(quán)利要求1或2所述的一種新型無線MIMO傳感器節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理模塊( 還包括分別與DSP控制器(2-1)相接的存儲(chǔ)單元(2- 和FLASH存儲(chǔ)器 (2-4)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型無線MIMO傳感器節(jié)點(diǎn)，包括多個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊、多個(gè)射頻收發(fā)模塊、對多個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊所采集信號(hào)進(jìn)行分析處理并通過射頻收發(fā)模塊進(jìn)行發(fā)送且同時(shí)對射頻收發(fā)模塊所接收信號(hào)進(jìn)行分析處理的數(shù)據(jù)處理模塊、與射頻收發(fā)模塊相接的天線以及為數(shù)據(jù)處理模塊和射頻收發(fā)模塊進(jìn)行供電的電源模塊，數(shù)據(jù)處理模塊包括DSP控制器和與DSP控制器相接的現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA。本發(fā)明電路設(shè)計(jì)合理、接線方便、使用方式靈活且數(shù)據(jù)傳輸率高，能用于大數(shù)據(jù)量信息的采集和發(fā)送或者可以用于大規(guī)模無線傳感網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)匯聚和轉(zhuǎn)發(fā)，能有效解決Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)存在的因傳輸速率較低而導(dǎo)致的對網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集量的制約問題。
文檔編號(hào)H04W84/18GK102256380SQ20101017629
公開日2011年11月23日 申請日期2010年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月18日
發(fā)明者劉景偉, 孫岳, 李穎, 王嘉 申請人:西安電子科技大學(xué)