專利名稱：一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，適用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、電力、交通運(yùn) 輸、能源、水利、醫(yī)療、環(huán)境、公共事業(yè)場合裝備狀態(tài)、危險源和污染源網(wǎng)絡(luò)化檢測、診斷、預(yù) 警及應(yīng)急響應(yīng)控制。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、電力、交通運(yùn)輸、能源、水利、醫(yī)療、環(huán)境、公共事業(yè)等各行各 業(yè)的迅猛發(fā)展和需求的劇增，各種先進(jìn)技術(shù)的迅速發(fā)展及其在各行業(yè)裝備中的應(yīng)用，各種 裝備的集成度和復(fù)雜度越來越高，其故障和事故出現(xiàn)的可能的頻度在同等情況下也相應(yīng)提 高，復(fù)雜性也相應(yīng)增加，對其進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測、遠(yuǎn)程故障診斷、事故預(yù)警，其處理的難度、實(shí)時 性、及時性、準(zhǔn)確性、成本等的要求也越來越高。同時，這些行業(yè)的危險源和污染源，特別是 許多裝備本身就是危險源和污染源，例如石油化工企業(yè)的液氯、苯胺、鹽酸、氫氣等有毒、有 害和易燃、易爆氣體、粉塵和流體等生產(chǎn)裝置、儲藏罐和輸送管道等裝備和其它各種各樣的 危險源和污染源，一旦發(fā)生事故，不但將造成重大的人員傷亡、財產(chǎn)損失，還會嚴(yán)重污染環(huán) 境，甚至造成不良的社會影響。因此，實(shí)施對各種裝備狀態(tài)、危險源和污染源網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時監(jiān) 控，強(qiáng)化重大事故隱患治理力度，預(yù)防和控制重大、特大裝備及其危險源和污染源事故的發(fā) 生，不僅對準(zhǔn)確診斷并防范故障、及時排除故障、降低運(yùn)行成本、提高生產(chǎn)效率有重要意義， 而且對及時發(fā)現(xiàn)并排除和控制事故隱患都具有重要意義，它也是高效、安全生產(chǎn)和環(huán)境保 護(hù)工作的重中之重。現(xiàn)有技術(shù)對各種裝備狀態(tài)、危險源和污染源進(jìn)行監(jiān)測、診斷、預(yù)警主要采用以下三 種方法1、對裝備狀態(tài)、危險源和污染源進(jìn)行離線的人工巡檢。我國許多中小型企業(yè)通常 采用的辦法。2、一小部分有條件的大中型企事業(yè)單位開始試點(diǎn)性采用有線的辦法對裝備狀態(tài)、 危險源和污染源實(shí)施監(jiān)測、診斷和預(yù)警，例如各種現(xiàn)場總線技術(shù)，其中，監(jiān)測設(shè)備(包括系 統(tǒng)中的上位機(jī)、下位機(jī)、企業(yè)內(nèi)的局部監(jiān)控終端)與裝備及危險源的連接亦都是采用有線 的辦法。系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集和(有線)傳輸及處理等的現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備、局部監(jiān)控終端、數(shù)據(jù) 服務(wù)器、Web服務(wù)器、二次儀表及執(zhí)行機(jī)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及計算機(jī)的其他外圍設(shè)備和政府各級 監(jiān)控預(yù)警中心等。3、采用GSM或2G或3G公共無線網(wǎng)監(jiān)測和預(yù)警。通過客觀、深入地研究以上三種方法，可以發(fā)現(xiàn)以下幾個方面的問題1、對各種裝備狀態(tài)、危險源和污染源進(jìn)行離線的人工巡檢的方法盡管有一定的效 果，但缺乏實(shí)時性、及時性、準(zhǔn)確性、遠(yuǎn)程化、網(wǎng)絡(luò)化和低成本，而且漏報率較高。2、采用有線的辦法實(shí)施實(shí)時監(jiān)測和預(yù)警，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃允侨菀妆ＷC的，并 且確有一定的成效，但從更廣泛的切合應(yīng)用實(shí)際意義、推廣價值和未來發(fā)展的角度看，主要 存在下述幾個方面的問題
(1)系統(tǒng)投資大、成本高、性能價格比低。(2)系統(tǒng)的電纜復(fù)用率低、復(fù)雜性高，因而系統(tǒng)的故障率高、不便于維護(hù)。(3)系統(tǒng)的擴(kuò)展性差，使得監(jiān)測容量相對較小，特別是在其監(jiān)測系統(tǒng)已安裝好后需 要增加監(jiān)測區(qū)域的情況下，不但需要對軟件，而且需要對硬件作較大的改動，甚至需要重新 設(shè)計制作。3、采用GSM或2G或3G公共無線網(wǎng)監(jiān)測和預(yù)警，對于大范圍區(qū)域裝備狀態(tài)、危險源 和污染源確是一個值得考慮的解決方案，但對于現(xiàn)場和小范圍區(qū)域內(nèi)的裝備狀態(tài)、危險源 和污染源，它卻不盡合理，因?yàn)樗倪\(yùn)行成本高，普及推廣價值不大。更為重要的是，無線收 發(fā)由于天線等的表面靜電電荷、高頻輻射等因素在收發(fā)功率較大時可能產(chǎn)生高頻電火花， 特別在環(huán)境惡劣時發(fā)生的可能性更大。而且，根據(jù)GSM或2G或3G系統(tǒng)的蜂窩式無線數(shù)據(jù) 傳輸?shù)墓逃袡C(jī)理，無線收發(fā)功率常常會由于需要監(jiān)控的區(qū)域范圍大而較大。因此，將其用于 不可避免地存在易燃、易爆氣體、粉塵和流體的石油、化工企業(yè)的環(huán)境中常常很難達(dá)到防爆 的安全要求(如極具權(quán)威的VDE0848標(biāo)準(zhǔn)對接收型連續(xù)高頻源的實(shí)際功率Pzg的點(diǎn)燃極限 值規(guī)定爆炸組別為IIA時，時間超過100 μ s的平均值為6W ；爆炸組別為IIB時，時間超過 100 μ S的平均值為4W ；爆炸組別為IIC時，時間超過20 μ S的平均值為2W)。綜上所述，現(xiàn)有的可用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、電力、交通運(yùn)輸、能源、水利、醫(yī)療、環(huán) 境、公共事業(yè)場合等場合的裝備狀態(tài)、危險源和污染源監(jiān)測、診斷和預(yù)警的方法具有很大的 局限性，既不能適應(yīng)現(xiàn)狀要求，不便于大面積推廣應(yīng)用，更不能滿足未來的發(fā)展需求。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有一次儀表信號 調(diào)理功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，以有效解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與一次儀表的結(jié)合 問題，以及一次儀表信號的采集、轉(zhuǎn)換、隔離、放大、處理、存儲和無線收發(fā)等問題，以便于將 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、電力、交通運(yùn)輸、能源、水利、醫(yī)療、環(huán)境、公共事業(yè)場 合的裝備狀態(tài)、危險源和污染源網(wǎng)絡(luò)化檢測、診斷、預(yù)警及應(yīng)急響應(yīng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、 網(wǎng)絡(luò)化、智能化監(jiān)控。技術(shù)方案本發(fā)明所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，包括一次儀表信號調(diào)理 部件、數(shù)據(jù)處理通信部件和電源部件，一次儀表信號調(diào)理部件的模擬輸出端口與數(shù)據(jù)處理 通信部件A/D輸入端口相連；電源部件對所述一次儀表信號調(diào)理部件和數(shù)據(jù)處理通信部件 供電；所述一次儀表信號調(diào)理部件包括依次相連的一次儀表信號采集轉(zhuǎn)換單元、信號隔 離單元和信號放大單元；所述一次儀表信號采集轉(zhuǎn)換單元用于監(jiān)測現(xiàn)場傳感器采集、調(diào)理 得到的一次儀表4-20mA輸出信號的采集和轉(zhuǎn)換；所述信號隔離單元用于將一次儀表信號 采集轉(zhuǎn)換單元輸出的信號進(jìn)行隔離，切斷其前段電路與后段電路的電氣連接，減小其前段 電路對后段電路的影響，并用于采集一次儀表輸出0-5V電壓；所述信號放大單元用于將信 號隔離單元輸出的信號進(jìn)行放大或縮小，并進(jìn)行阻抗匹配，使其輸出的信號滿足數(shù)據(jù)處理 通信部件A/D輸入端口的要求；所述數(shù)據(jù)處理通信部件包括信號處理通信單元和無線信號放大單元；所述信號處 理通信單元用于通過程序指令控制A/D轉(zhuǎn)換器對一次儀表信號調(diào)理部件的模擬輸出信號
5進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、算法處理和存儲，并采用ZigBee技術(shù)通過無線信號放大單元與其 它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組網(wǎng)和通信；所述無線信號放大單元用于對信號處理通信單元輸出的無線 通信信號進(jìn)行放大，擴(kuò)大無線通信范圍。所述一次儀表信號采集轉(zhuǎn)換單元由精密電流環(huán)接受器“U1”及其外圍電路組成，它 的輸出端口與信號隔離單元的輸入端口相連；所述信號隔離單元由隔離放大器“U2”及其 外圍電路組成，它的輸出端口與信號放大單元的輸入端口相連；若一次儀表輸出為0-5V電 壓，則一次儀表輸出信號不經(jīng)過一次儀表信號采集轉(zhuǎn)換單元而直接與信號隔離單元的輸入 端相連；所述信號放大單元由運(yùn)算放大器“U3”及其外圍電路組成，它的輸出端口與數(shù)據(jù)處 理通信部件的輸入端相連。本發(fā)明數(shù)據(jù)處理通信部件中，所述信號處理通信單元由CCM30或CCM31處理器 “U4”及其外圍電路構(gòu)成，其射頻信號輸出端口與無線信號放大單元的射頻輸入端口相連； 所述無線信號放大單元由CC2590或CC2591放大器“U5”及其外圍電路構(gòu)成，與信號處理通 信單元進(jìn)行雙向串行數(shù)據(jù)通信。本發(fā)明數(shù)據(jù)處理通信部件中，另一種方案為所述信號處理通信單元由JN5121或 JN5139或JN5148處理器“U4”及其外圍電路構(gòu)成，其射頻信號輸出端口與無線信號放大單 元的射頻輸入端口相連；所述無線信號放大單元由HHM1521平衡轉(zhuǎn)換芯片“TO”、NC7SZ04 反相器“U7”、AS179-92控制開關(guān)芯片“U8、Ull”、TSX-10A晶振“U9”、PA2423L功率放大器 “U10”和MDR774M濾波器“U12”及其外圍電路構(gòu)成，與信號處理通信單元進(jìn)行雙向串行數(shù)據(jù)
ififn。根據(jù)在本裝置實(shí)現(xiàn)的功能，可將數(shù)據(jù)處理通信部件分為1)A/D轉(zhuǎn)換模塊，其信號輸入端與一次信號調(diào)理部件的信號輸出端相連，對其進(jìn)行 A/D采樣，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并存儲在微處理器“U4”的寄存器中。2) ZigBee協(xié)議棧模塊，它保存了 ZigBee協(xié)議棧，節(jié)點(diǎn)工作時運(yùn)行其中的ZigBee協(xié) 議，并通過編程接口給程序提供調(diào)用，完成節(jié)點(diǎn)ZigBee組網(wǎng)與通信的任務(wù)。3)定時器模塊，程序通過設(shè)置微處理器“U4”定時器/計數(shù)器的寄存器，完成定時 的任務(wù)，并通過微處理器“U4”的定時器控制節(jié)點(diǎn)周期性的完成數(shù)據(jù)采集的工作。4)存儲器模塊，將節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)通過存儲器模塊保存在節(jié)點(diǎn)的存儲器中。5)無線通信接口，節(jié)點(diǎn)的微處理器“U4”通過無線通信接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的無線收發(fā)， 是完成ZigBee組網(wǎng)與通信物理設(shè)備。6)處理器內(nèi)核模塊，它能夠訪問存儲器、執(zhí)行運(yùn)算、開啟定時器以及通過射頻接口 進(jìn)行雙向通信并對接受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。在此實(shí)現(xiàn)的功能包括①用于判斷和處理接收到的數(shù)據(jù)包，根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)包頭特征位，判斷是時間 同步幀、命令幀還是數(shù)據(jù)幀若是時間同步幀，則重置同步計數(shù)器；若是命令幀，則完成相 應(yīng)的節(jié)點(diǎn)控制指令；若是數(shù)據(jù)幀，則對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算和處理。②用于訪問存儲器對于節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)，通過程序指令將數(shù)據(jù)及時保存到存 儲器中。③用于進(jìn)行各種算法計算，包括數(shù)據(jù)融合算法、定位算法、數(shù)據(jù)查詢算法、Qos算法 和網(wǎng)絡(luò)安全算法，等等。數(shù)據(jù)融合算法主要提高信息的完整性和數(shù)據(jù)精度；定位算法用于計 算出節(jié)點(diǎn)裝置的位置；數(shù)據(jù)查詢算法是對數(shù)據(jù)進(jìn)行索引處理、查詢處理和數(shù)據(jù)操作算法運(yùn)算；Qos算法是提高指令和數(shù)據(jù)傳送質(zhì)量；網(wǎng)絡(luò)安全算法是通過加密、解密算法分別對發(fā)送 和接受的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密，提高數(shù)據(jù)通信的安全性。所述電源部件包括第一電源單元和第二電源單元；所述第一電源單元用于對一次 儀表信號采集轉(zhuǎn)換單元和信號隔離單元的輸入部分供電；所述第二電源單元用于對信號隔 離單元的輸出部分、信號放大單元、數(shù)據(jù)處理通信部件的供電。在數(shù)據(jù)處理通信部件中，信號處理通信單元按照在本裝置的功能為所述數(shù)據(jù)處 理通信部件中信號處理通信單元根據(jù)所實(shí)現(xiàn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議完成對無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)節(jié)點(diǎn)的配置和管理；所述信號處理通信單元可用于接收數(shù)據(jù)，如果收到來自無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)的報文，則首先對報文進(jìn)行判別，如果通過收到的是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制報文，則根據(jù) 指令改變無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)，如果收到的是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報文，則對相 應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存儲；所述信號處理通信單元還可用于發(fā)送數(shù)據(jù)，根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)的自身設(shè)定或者接收到的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制報文要求，所述信號處理通信單元可以 通過報文將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到目標(biāo)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。所述數(shù)據(jù)處理通信部件中信號處理通信單元創(chuàng)建多線程實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的并發(fā)執(zhí)行， 分別為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧、數(shù)據(jù)采樣、數(shù)據(jù)融合、定位計算、數(shù)據(jù)管理以及網(wǎng)絡(luò)安全管 理線程。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧線程用于發(fā)送報文給目標(biāo)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或從無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)中接收報文；數(shù)據(jù)采樣線程完成對一次儀表信號定時的采樣；數(shù)據(jù)融合線程可以 對需要發(fā)送或者接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，提高數(shù)據(jù)精度；定位計算線程通過定位算法可以 實(shí)時計算出所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的位置；數(shù)據(jù)管理線程用于對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管 理，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以對處理完成的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，也可以通過數(shù)據(jù)管理線程 完成歷史數(shù)據(jù)的查詢；網(wǎng)絡(luò)安全管理線程用于對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧線程接收到和將要 發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，防止發(fā)送或者接收有損無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全的數(shù)據(jù)。有益效果本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是1)本發(fā)明的一種具有一次儀表信號調(diào)理功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置具有寬 廣的應(yīng)用范圍，可以用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、電力、交通運(yùn)輸、能源、水利、醫(yī)療、環(huán)境、公共事 業(yè)場合裝備狀態(tài)、危險源和污染源網(wǎng)絡(luò)化檢測、診斷、預(yù)警及應(yīng)急響應(yīng)控制。2)本發(fā)明在系統(tǒng)地研究并設(shè)計了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、電力、交 通運(yùn)輸、能源、水利、醫(yī)療、環(huán)境、公共事業(yè)場合裝備狀態(tài)、危險源和污染源網(wǎng)絡(luò)化檢測、診 斷、預(yù)警及應(yīng)急響應(yīng)控制的基礎(chǔ)上，設(shè)計并研制了一種具有一次儀表信號調(diào)理功能的無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，以有效解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與一次儀表的結(jié)合問題，以及一次 儀表信號的采集、轉(zhuǎn)換、隔離、放大、處理、存儲和無線收發(fā)等問題，以便于將無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)引入上述應(yīng)用場合的裝備狀態(tài)、危險源和污染源網(wǎng)絡(luò)化檢測、診斷、預(yù)警及應(yīng)急響應(yīng)控制 系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化監(jiān)控，并使其實(shí)時性好、安全可靠。3)本發(fā)明中一次儀表信號調(diào)理部件接收一次儀表的輸出信號，并將其隔離轉(zhuǎn)換成 數(shù)據(jù)處理通信部件中A/D轉(zhuǎn)換器輸入口所需量程的模擬電壓信號。數(shù)據(jù)處理通信部件對其 模擬電壓輸出信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、算法處理和存儲，并采用ZigBee技術(shù)通過數(shù)據(jù) 處理通信部件中的無線信號放大單元與其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組網(wǎng)和通信。這樣通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 的組網(wǎng)就將上述應(yīng)用場合的裝備狀態(tài)、危險源和污染源網(wǎng)絡(luò)化檢測、診斷、預(yù)警及應(yīng)急響應(yīng) 控制信息匯集到網(wǎng)絡(luò)基站處理后送給系統(tǒng)監(jiān)控終端。這樣做，與傳統(tǒng)的方法相比，大大降低了投資成本和運(yùn)行成本，也方便了使用和維護(hù)。4)本發(fā)明在電源部件中，采用交流電轉(zhuǎn)直流穩(wěn)壓電路方案，并按照應(yīng)用需要使用 多個直流穩(wěn)壓單元由信號隔離單元分隔整個節(jié)點(diǎn)裝置成兩部分，以避免一次儀表信號對信 號放大單元和數(shù)據(jù)處理通信部件的干擾。并且，用一個電源單元提供多級直流電源電壓，以 滿足應(yīng)用要求。5)本發(fā)明采用工程實(shí)用性設(shè)計和制作，在充分考慮到其裝置在實(shí)際應(yīng)用中適用性 的同時，盡量減小其裝置本身的成本。考慮到抗干擾和數(shù)據(jù)處理通信部件制作加工成本相 對較高等因素，將一次儀表信號調(diào)理部件與數(shù)據(jù)處理通信部件分開制作。同時，各部分的連 接部分充分注意到其牢固性，部署前焊牢，并且其整個節(jié)點(diǎn)在潔凈和干燥后用三防漆密封， 使得其裝置在一般強(qiáng)度的潮濕、撞擊、腐蝕和電磁干擾等環(huán)境中都能正常工作。6)本發(fā)明在設(shè)計制作上將AC-DC供電電源單元采用金屬殼封裝，且其裝置的主體 部分(一次儀表信號調(diào)理部件和數(shù)據(jù)處理通信部件)與AC-DC供電電源單元，其中第一電 源單元和第二電源單元分開安裝，并且保證兩者之間有足夠的物理距離。而數(shù)據(jù)處理通信 部件除其中的無線收發(fā)天線外采用了金屬殼封裝，這樣做減少了供電電源單元對數(shù)據(jù)處理 通信部件的干擾，增強(qiáng)了無線收發(fā)的抗干擾能力，提高了無線收發(fā)的性能。7)本發(fā)明由于采用的各元器件的工作溫度范圍大，使其裝置可以在_40C°到 +85C°正常工作，這樣可使本發(fā)明適合于世界的絕大多數(shù)國家和地區(qū)的溫度環(huán)境。8)本發(fā)明由于具有上面4)、5)、6)、7)中所述的特點(diǎn)，能夠抵抗一般強(qiáng)度的高濕、 高低溫、風(fēng)沙、撞擊、腐蝕和電磁干擾等，極大地增強(qiáng)了其裝置在惡劣環(huán)境下的適應(yīng)能力。9)本發(fā)明采用計算機(jī)串口可以使終端對其裝置進(jìn)行調(diào)試和編程以及燒寫程序，并 且計算機(jī)終端可以通過串口借助該裝置查看無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)或者向無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送命令。10)本發(fā)明采用信號處理通信單元配置和管理無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，完成無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送，數(shù)據(jù)接收、判別和處理等操作，并創(chuàng)建多線程，使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理、 存儲、加權(quán)融合、定位算法以及網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測等多任務(wù)并發(fā)地執(zhí)行。11)本發(fā)明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包含大量的傳感器節(jié)點(diǎn)和至少一個通信基站，其應(yīng)用 于上述各領(lǐng)域時，能夠即時、準(zhǔn)確地監(jiān)測環(huán)境數(shù)據(jù)。當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測到一次儀表輸出的反 應(yīng)溫度、壓力、振動、各類氣體濃度等等物理參數(shù)信號時，能夠自動采集各種一次儀表信號， 通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、隔離、放大、處理和存儲，并運(yùn)用ZigBee技術(shù)通過無線信號與其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 進(jìn)行組網(wǎng)和通信。本發(fā)明針對上述應(yīng)用，研究并發(fā)明了其中的關(guān)鍵模塊產(chǎn)品——一種具有 一次儀表信號調(diào)理功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，其意義重大、應(yīng)用價值巨大，市場前景 廣闊。


圖1是本發(fā)明一種具有一次儀表信號調(diào)理功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置總體 框圖。圖2是本發(fā)明一種具有一次儀表信號調(diào)理功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置一次 儀表信號調(diào)理部件原理圖(其電源部分未給出)。圖3是本發(fā)明一種具有一次儀表信號調(diào)理功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置數(shù)據(jù)通信處理部件信號處理通信單元中微處理器芯片“U4” (包括CCM30或CCM31或JN5121 或JN5139或JN5148)結(jié)構(gòu)框圖。圖4是本發(fā)明一種具有一次儀表信號調(diào)理功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置數(shù)據(jù) 處理通信部件原理圖，其中處理器采用CCM30或CCM31，無線信號放大單元采用CC2590或 CC2591芯片及其外圍電路，其電源部分未給出。圖5是本發(fā)明一種具有一次儀表信號調(diào)理功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置數(shù)據(jù) 處理通信部件原理圖，其中處理器采用JN5121或JN5139或JN5148，無線信號由放大單元 由HHM1521平衡轉(zhuǎn)換芯片“U6”、NC7SZ04反相器“U7”、AS179-92控制開關(guān)芯片“U8、U11”、 TSX-10A晶振“U9”、PA2423L功率放大器“U10”和MDR774M濾波器“U12”及其外圍電路構(gòu) 成，其電源部分未給出。圖6是本發(fā)明一種具有一次儀表信號調(diào)理功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置數(shù)據(jù) 處理通信部件的無線網(wǎng)絡(luò)通信軟件工作流程圖。圖7是本發(fā)明一種具有一次儀表信號調(diào)理功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置數(shù)據(jù) 處理通信部件的多線程軟件工作流程圖。圖8是本發(fā)明一種具有一次儀表信號調(diào)理功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置一次 儀表信號采集轉(zhuǎn)換單元和信號隔離單元的輸入部分的供電電源部分原理圖。圖9是本發(fā)明一種具有一次儀表信號調(diào)理功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置信號 隔離單元的輸出部分、信號放大單元和數(shù)據(jù)處理通信部件的供電電源部分原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限 于所述實(shí)施例。實(shí)施例1如圖1所示，一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，包括一次儀表信號調(diào)理部件、數(shù)據(jù)處 理通信部件和電源部件，一次儀表信號調(diào)理部件的模擬輸出端口與數(shù)據(jù)處理通信部件A/D 輸入端口相連；電源部件對所述一次儀表信號調(diào)理部件和數(shù)據(jù)處理通信部件供電；所述一次儀表信號調(diào)理部件包括依次相連的一次儀表信號采集轉(zhuǎn)換單元1、信號 隔離單元2和信號放大單元3 ；所述一次儀表信號采集轉(zhuǎn)換單元1用于監(jiān)測現(xiàn)場傳感器采 集、調(diào)理得到的一次儀表4-20mA輸出信號的采集和轉(zhuǎn)換；所述信號隔離單元2用于將一次 儀表信號采集轉(zhuǎn)換單元1輸出的信號進(jìn)行隔離，切斷其前段電路與后段電路的電氣連接， 減小其前段電路對后段電路的影響，并用于采集一次儀表輸出0-5V電壓；所述信號放大單 元3用于將信號隔離單元2輸出的信號進(jìn)行放大或縮小，并進(jìn)行阻抗匹配，使其輸出的信號 滿足數(shù)據(jù)處理通信部件A/D輸入端口的要求；所述數(shù)據(jù)處理通信部件包括信號處理通信單元4和無線信號放大單元5 ；所述信 號處理通信單元4用于通過程序指令控制A/D轉(zhuǎn)換器對一次儀表信號調(diào)理部件的模擬輸出 信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、算法處理和存儲，并采用ZigBee技術(shù)通過無線信號放大單元 5與其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組網(wǎng)和通信；所述無線信號放大單元5用于對信號處理通信單元4 輸出的無線通信信號進(jìn)行放大，擴(kuò)大無線通信范圍；所述電源部件包括第一電源單元6和第二電源單元7 ；所述第一電源單元6用于對一次儀表信號采集轉(zhuǎn)換單元1和信號隔離單元2的輸入部分供電；所述第二電源單元7 用于對信號隔離單元2的輸出部分、信號放大單元3、數(shù)據(jù)處理通信部件的供電。實(shí)施例2如圖2所示，一次儀表信號調(diào)理部件主要由一次儀表信號采集轉(zhuǎn)換單元1、信號隔 離單元2和信號放大單元3組成。一次儀表信號采集轉(zhuǎn)換單元1用于監(jiān)測現(xiàn)場傳感器采集、調(diào)理得到的一次儀表 4-20mA輸出信號的采集和轉(zhuǎn)換。信號隔離單元2用于將一次儀表信號采集轉(zhuǎn)換單元1輸出 的信號進(jìn)行隔離，切斷其前段電路與后段電路的電氣連接，減小其前段電路對后段電路的 影響，并用于采集一次儀表輸出0-5V電壓。信號放大單元3用于將信號隔離單元2輸出的 信號進(jìn)行放大或縮小，并進(jìn)行阻抗匹配，使其輸出的信號滿足數(shù)據(jù)處理通信部件A/D輸入 端口的要求。一次儀表信號采集轉(zhuǎn)換單元1采用TI的精密電流環(huán)接受器RCV420及其外圍電路 構(gòu)成，RCV420輸入端“+In ”和“ Ct，，通過接口 “ J1”引入4_20mA電流信號，RefIn、RefOut和 Reffb三個引腳相連，RCV420輸出端“Rev Out”接信號隔離單元2的輸入端口 “Vin”。信號隔離單元2采用隔離放大器IS0122，其輸入輸出兩端采用各自正負(fù)15V電源 供電，內(nèi)部通過電磁耦合，切斷內(nèi)部電路與外部電路的電氣連接，減小外部干擾對電路板內(nèi) 部數(shù)字電路的影響。信號放大單元3采用運(yùn)算放大器LM158及其外圍電路構(gòu)成，將信號隔離單元2中 IS0122的輸出端“Vout”與運(yùn)算放大器前端的電阻Rl相連，通過由電阻“R1”、可變電阻器 “W1”和電阻“R2”組成的電壓衰減電路對2的輸出電壓進(jìn)行衰減，衰減后的電壓輸入由運(yùn)放 LM158構(gòu)成的跟隨器，運(yùn)放的輸出端“ Ιο”將跟隨器輸出的信號與數(shù)據(jù)處理通信部件的A/D 采樣端口相連。一次儀表信號調(diào)理部件上所選芯片的溫度范圍如下精密電流環(huán)接受器RCV420 為-25C。到+85C° ；隔離放大器IS0122為-25C°到+85C° ；運(yùn)算放大器LM158為_55C° 到 +125C° 。實(shí)施例3如圖4所示，數(shù)據(jù)處理通信部件(不包括電源部件)包括信號處理通信單元4和 無線信號放大單元5。信號處理通信單元4用于通過程序控制A/D轉(zhuǎn)換器對一次儀表信號 調(diào)理部件的模擬輸出信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、算法處理和存儲，并采用ZigBee技術(shù)經(jīng) 過無線信號放大單元5與其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組網(wǎng)和通信。無線信號放大單元5用于將信號 處理通信單元4輸出的無線通信信號進(jìn)行放大，擴(kuò)大無線通信范圍。信號處理通信單元4選用處理器CCM30或CC2431，它能夠滿足以ZigBee為基礎(chǔ) 的無線通信應(yīng)用，低功耗、低成本。CCM30或CCM31在單個芯片上整合了 ZigBee射頻電 路、內(nèi)存和微控制器，包括1個8051微控制器，128KB可編程閃存和8KB的RAM，還包含ADC、 定時器、看門狗定時器、晶振以及21個可編程I/O端口。無線信號放大單元5選用TI公司的CC2590或CC2591。CC2590或CC2591是高性 能的2. 4GHz射頻前端。工作電壓2. OV到3. 6V，可用于所有的2. 4GHz頻段的無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)和工業(yè)系統(tǒng)，ZigBee和IEEE 802. 15. 4系統(tǒng)。信號處理通信單元4中處理器CC2430或CC2431的引腳“RF_P”、“RF_N”、“TXRX_SWITCH”分別與無線信號放大單元5中CC2590或CC2591的引腳“RF_P”、“RF_N”、“RXTX，，相 連，用以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，CC2430或CCM31的引腳“P 1_1 ”與CC2590或CC2591的引腳“HGM” 相連，控制無線信號放大單元5的工作狀態(tài)。信號處理通信單元4將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)傳輸 給無線信號放大單元5，由無線信號放大單元5將信號放大后通過天線發(fā)送出去；無線信號 放大單元5接收到無線電信號后，將數(shù)據(jù)傳輸給信號處理通信單元4，由信號處理通信單元 4進(jìn)行處理。天線與CC2590或CC2591的“ANT”引腳引出的電路相連。一次儀表信號調(diào)理 部件的輸出信號與信號處理通信單元4的A/D端口相連。實(shí)施例4如圖5所示，數(shù)據(jù)處理通信部件(不包括電源部件)的又一個實(shí)施案例，包括信號 處理通信單元4和無線信號放大單元5。信號處理通信單元4用于通過程序控制A/D轉(zhuǎn)換 器對一次儀表信號調(diào)理部件的模擬輸出信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、算法處理和存儲，并 采用ZigBee技術(shù)經(jīng)過無線信號放大單元5與其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組網(wǎng)和通信。無線信號放 大單元5用于將信號處理通信單元4輸出的無線通信信號進(jìn)行放大，擴(kuò)大無線通信范圍。信號處理通信單元4的處理器由JN5121或JN5139或JN5148及其外圍電路構(gòu) 成，其射頻信號輸出端口與無線信號放大單元5的射頻輸入端口相連，無線信號放大單元5 由HHM1521平衡轉(zhuǎn)換芯片“U6”、NC7SZ04反相器“U7”、AS179-92控制開關(guān)芯片“U8、U11”、 TSX-10A晶振“U9”、PAM23L功率放大器“U10”和MDR774M濾波器“U12”及其外圍電路構(gòu) 成，與信號處理通信單元4進(jìn)行雙向串行數(shù)據(jù)通信。處理器選用Jennie公司的JN5121或JN5139或JN5148。JN51XX系列是16MHz的 32位處理器，具有豐富的數(shù)字和模擬外圍接口，包括UART、SPI、21個IO 口、AD、DA以及定時 器。處理器工作于2. 4GHz無線頻段，兼容IEEE802. 15. 4，具有發(fā)送距離遠(yuǎn)、功耗低等特點(diǎn)， 內(nèi)部自帶ZigBee協(xié)議棧，特別適合健壯的，安全的，低功耗無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。信號處理通信單元4中處理器JN5121或JN5139或JN5148的無線收發(fā)端口 “RF+”、 “RF-”與平衡轉(zhuǎn)換芯片HHM1521的兩個“BP”端口相連，完成阻抗匹配。通過處理器的“DI03” 端口與控制開關(guān)芯片AS179-92“U2”，完成對外部無線放大電路的發(fā)送、接收進(jìn)行通道選擇。無線放大電路的發(fā)送通道與功率放大器PAM23L “U10”相連，它是一款高性能、高 穩(wěn)定性的功率放大器，其端口 “ IN”與“U8”的端口 “0UT2”相連，信號處理通信單元4發(fā)出 的信號經(jīng)過放大后從“U10”引腳“OUT”輸出，輸出引腳“OUT”與天線相連，從而將信號發(fā)射 出去。射頻接收通道需要用高頻低噪聲放大電路對接收到的信號進(jìn)行增強(qiáng)，該部分電路 中由BFP405高頻三極管及其外圍電路組成，對輸入的微弱信號進(jìn)行放大，提高接收的成功率。一次儀表信號調(diào)理部件的信號輸出端口與信號處理通信單元4的A/D端口相連。實(shí)施例5根據(jù)實(shí)施例2、3所選用的芯片，上述的數(shù)據(jù)處理通信部件的微處理器“U4”所實(shí)現(xiàn) 無線網(wǎng)絡(luò)通信軟件工作的流程如圖6所示，它包括步驟1 處理器初始化，包括內(nèi)部存儲器和寄存器的初始化、I/O端口初始化、 ZigBee協(xié)議棧初始化和應(yīng)用程序初始化。步驟2 若節(jié)點(diǎn)為協(xié)調(diào)器，則節(jié)點(diǎn)對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置，建立無線網(wǎng)絡(luò)；若
11節(jié)點(diǎn)為路由器或匯聚節(jié)點(diǎn)，則節(jié)點(diǎn)向ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)出申請加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)的請求，并等待 網(wǎng)絡(luò)回應(yīng)。若網(wǎng)絡(luò)中協(xié)調(diào)器或路由器或匯聚節(jié)點(diǎn)同意了其加入請求，回發(fā)同意響應(yīng)，節(jié)點(diǎn)在 其ZigBee協(xié)議棧事件響應(yīng)中接收到JOINED的事件后，成功加入網(wǎng)絡(luò)；若節(jié)點(diǎn)在ZigBee協(xié) 議棧事件響應(yīng)中接收到FAILED_T0_J0IN，則說明請求沒有通過，則檢查網(wǎng)絡(luò)號和信道選擇 是否正確，然后再次提出請求，直至加入網(wǎng)絡(luò)。步驟3 處理網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)，若節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)需要通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，則創(chuàng)建數(shù)據(jù)幀，并 利用網(wǎng)絡(luò)接口函數(shù)進(jìn)行發(fā)送；若無數(shù)據(jù)需要發(fā)送，則查詢是否接收到數(shù)據(jù)，若接收到網(wǎng)絡(luò)報 文，首先判斷報文是控制報文還是數(shù)據(jù)報文，如果是控制報文，則完成相應(yīng)控制操作，如果 是數(shù)據(jù)報文，則提取數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、融合、存儲；若收到的報文有錯誤，則丟棄。實(shí)施例6根據(jù)實(shí)施例2、3所選用的芯片，上述的數(shù)據(jù)處理通信部件的微處理器“U4”所實(shí)現(xiàn) 多線程軟件工作流程如圖7所示，它包括步驟1 加電初始化。包括內(nèi)部存儲器和寄存器的初始化、I/O端口初始化、ZigBee 協(xié)議棧初始化和應(yīng)用程序初始化，為后續(xù)軟件的執(zhí)行創(chuàng)造良好的系統(tǒng)環(huán)境。步驟2 配置無線電射頻芯片和處理器網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。如果節(jié)點(diǎn)是協(xié)調(diào)器，則創(chuàng)建網(wǎng) 絡(luò)；若節(jié)點(diǎn)是路由器或者匯聚節(jié)點(diǎn)，則申請加入網(wǎng)絡(luò)。步驟3 利用操作系統(tǒng)的線程創(chuàng)建接口函數(shù)，創(chuàng)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧線程、數(shù) 據(jù)采集線程、定位計算線程、數(shù)據(jù)融合線程、數(shù)據(jù)管理線程和網(wǎng)絡(luò)安全管理線程，使系統(tǒng)多 線程并發(fā)執(zhí)行，提高軟件性能。1)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧線程。該線程負(fù)責(zé)處理與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)相關(guān) 的事務(wù)。若節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)需要通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，則創(chuàng)建數(shù)據(jù)幀，并利用網(wǎng)絡(luò)接口函數(shù)進(jìn)行發(fā)送； 若無數(shù)據(jù)需要發(fā)送，則查詢是否接收到數(shù)據(jù)，若接收到網(wǎng)絡(luò)報文，首先判斷報文是控制報文 還是數(shù)據(jù)報文，如果是控制報文，則完成相應(yīng)控制操作，如果是數(shù)據(jù)報文，則提取數(shù)據(jù)并對 數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、融合、存儲；若收到的報文有錯誤，則丟棄。2)數(shù)據(jù)采集線程。線程循環(huán)啟動定時器并等待定時器，若定時器定時結(jié)束，則通 過AD轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)封裝成數(shù)據(jù)報，通過線程間通信將數(shù)據(jù)報傳輸給 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧線程，利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧線程提供的網(wǎng)絡(luò)通信功能將數(shù)據(jù)發(fā)送到匯聚 節(jié)點(diǎn)。3)定位計算線程。線程循環(huán)啟動定時器并等待定時器，若定時器定時結(jié)束，則計算 節(jié)點(diǎn)的位置信息，并將計算得到的結(jié)果封裝成數(shù)據(jù)報，通過線程間通信將數(shù)據(jù)報傳輸給無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧線程，利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧線程提供的網(wǎng)絡(luò)通信功能將數(shù)據(jù)發(fā)送到匯聚節(jié)
點(diǎn)ο4)數(shù)據(jù)融合線程。數(shù)據(jù)融合線程循環(huán)等待數(shù)據(jù)輸入，當(dāng)有數(shù)據(jù)通過線程間通信接 口輸入數(shù)據(jù)，則將數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)融合。5)數(shù)據(jù)管理線程。數(shù)據(jù)管理線程等待其他線程通過線程通信接口輸入數(shù)據(jù)庫查詢 命令，根據(jù)命令要求，完成數(shù)據(jù)庫查詢、插入等操作。6)網(wǎng)絡(luò)安全管理線程。網(wǎng)絡(luò)安全管理線程接收其他線程通過線程間通信接口輸入 的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報，對數(shù)據(jù)報進(jìn)行掃描，判斷數(shù)據(jù)報安全性。若數(shù)據(jù)報符合網(wǎng)絡(luò)安全要求，則將 該數(shù)據(jù)報返回；否則丟棄該數(shù)據(jù)報，返回錯誤報告。
如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)表示和表述了本發(fā)明，但其不得解釋 為對本發(fā)明自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍前提下，可對 其在形式上和細(xì)節(jié)上作出各種變化。
權(quán)利要求
1.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，其特征在于包括一次儀表信號調(diào)理部件、數(shù)據(jù)處 理通信部件和電源部件，一次儀表信號調(diào)理部件的模擬輸出端口與數(shù)據(jù)處理通信部件A/D 輸入端口相連；電源部件對所述一次儀表信號調(diào)理部件和數(shù)據(jù)處理通信部件供電；所述一次儀表信號調(diào)理部件包括依次相連的一次儀表信號采集轉(zhuǎn)換單元(1)、信號隔 離單元( 和信號放大單元(3)；所述一次儀表信號采集轉(zhuǎn)換單元(1)用于對現(xiàn)場傳感器 采集、調(diào)理得到的一次儀表4-20mA輸出信號進(jìn)行采集和轉(zhuǎn)換；所述信號隔離單元(2)用于 將一次儀表信號采集轉(zhuǎn)換單元(1)輸出的信號進(jìn)行隔離，切斷其前段電路與后段電路的電 氣連接，減小其前段電路對后段電路的影響，并用于采集一次儀表輸出0-5V電壓；所述信 號放大單元(3)用于將信號隔離單元(2)輸出的信號進(jìn)行放大或縮小，并進(jìn)行阻抗匹配，使 其輸出的信號滿足數(shù)據(jù)處理通信部件A/D輸入端口的要求；所述數(shù)據(jù)處理通信部件包括信號處理通信單元(4)和無線信號放大單元(5)；所述信 號處理通信單元(4)用于通過程序指令控制A/D轉(zhuǎn)換器對一次儀表信號調(diào)理部件的模擬輸 出信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、算法處理和存儲，并采用ZigBee技術(shù)通過無線信號放大單 元(5)與其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組網(wǎng)和通信；所述無線信號放大單元(5)用于對信號處理通信 單元(4)輸出的無線通信信號進(jìn)行放大，擴(kuò)大無線通信范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，其特征在于所述一次儀表信號 采集轉(zhuǎn)換單元(1)由精密電流環(huán)接受器“U1”及其外圍電路組成，它的輸出端口與信號隔離 單元⑵的輸入端口相連；所述信號隔離單元⑵由隔離放大器“U2”及其外圍電路組成， 它的輸出端口與信號放大單元⑶的輸入端口相連；若一次儀表輸出為0-5V電壓，則一次 儀表輸出信號不經(jīng)過一次儀表信號采集轉(zhuǎn)換單元(1)而直接與信號隔離單元( 的輸入端 相連；所述信號放大單元(3)由運(yùn)算放大器“U3”及其外圍電路組成，它的輸出端口與數(shù)據(jù) 處理通信部件的輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，其特征在于所述信號處理通信 單元由CCM30或CCM31處理器“U4”及其外圍電路構(gòu)成，其射頻信號輸出端口與無線 信號放大單元(5)的射頻輸入端口相連；所述無線信號放大單元(5)由CC2590或CC2591 放大器“U5”及其外圍電路構(gòu)成，與信號處理通信單元(4)進(jìn)行雙向串行數(shù)據(jù)通信。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，其特征在于所述信號處理通信 單元(4)由JN5121或JN5139或JN5148處理器“U4”及其外圍電路構(gòu)成，其射頻信號輸出端 口與無線信號放大單元(5)的射頻輸入端口相連；所述無線信號放大單元(5)由HHM1521 平衡轉(zhuǎn)換芯片“U6”、NC7SZ04反相器“U7”、AS179-92控制開關(guān)芯片“U8、Ull”、TSX-10A晶 振“U9”、PAM23L功率放大器“U10”和MDR774M濾波器“U12”及其外圍電路構(gòu)成，與信號處 理通信單元(4)進(jìn)行雙向串行數(shù)據(jù)通信。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，其特征在于所述信號處理通信 單元(4)分為A/D轉(zhuǎn)換模塊，其信號輸入端與一次信號調(diào)理部件的信號輸出端相連，對其 進(jìn)行A/D采樣，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并存儲在微處理器“U4”的寄存器中；ZigBee協(xié)議 棧模塊，它保存了 ZigBee協(xié)議棧，節(jié)點(diǎn)工作時運(yùn)行其中的ZigBee協(xié)議，并通過編程接口給 程序提供調(diào)用，完成節(jié)點(diǎn)ZigBee組網(wǎng)與通信的任務(wù)；定時器模塊，程序通過設(shè)置微處理器 “U4”定時器/計數(shù)器的寄存器，完成定時的任務(wù)，并通過微處理器“U4”的定時器控制節(jié) 點(diǎn)周期性的完成數(shù)據(jù)采集的工作；存儲器模塊，將節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)通過存儲器模塊保存在節(jié)點(diǎn)的存儲器中；無線通信接口，節(jié)點(diǎn)的微處理器“U4”通過無線通信接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的無 線收發(fā)，是完成ZigBee組網(wǎng)與通信物理設(shè)備；處理器內(nèi)核模塊，它能夠訪問存儲器、執(zhí)行運(yùn) 算、開啟定時器以及通過射頻接口進(jìn)行雙向通信并對接受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，其特征在于所述電源部件包括 第一電源單元(6)和第二電源單元(7)；所述第一電源單元(6)用于對一次儀表信號采集 轉(zhuǎn)換單元(1)和信號隔離單元O)的輸入部分供電；所述第二電源單元(7)用于對信號隔 離單元O)的輸出部分、信號放大單元(3)、數(shù)據(jù)處理通信部件的供電。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，其特征在于所述信號處理通信 單元⑷包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模塊，用于根據(jù)所實(shí)現(xiàn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議完成對無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的配置和管理；數(shù)據(jù)接收模塊，用于接收數(shù)據(jù)，如果收到來自無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的報文，則首先對報文進(jìn) 行判別；如果通過收到的是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制報文，則根據(jù)指令改變無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點(diǎn)工作狀態(tài)；如果收到的是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報文，則對相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存儲；數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，用于發(fā)送數(shù)據(jù)，根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的自身設(shè)定或者接收到的無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制報文要求，所述信號處理通信單元(4)通過報文將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到 目標(biāo)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，其特征在于所述信號處理通信 單元(4)用于創(chuàng)建多線程實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的并發(fā)執(zhí)行，所創(chuàng)建的多線程包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧線程，用于發(fā)送報文給目標(biāo)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或從無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)中接收報文；數(shù)據(jù)采樣線程，完成對一次儀表信號定時的采樣； 數(shù)據(jù)融合線程，對需要發(fā)送或者接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，提高數(shù)據(jù)精度； 定位計算線程，通過定位算法實(shí)時計算出所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的位置； 數(shù)據(jù)管理線程，用于對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理，可以對處理完成的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，也可以通過 數(shù)據(jù)管理線程完成歷史數(shù)據(jù)的查詢；網(wǎng)絡(luò)安全管理線程，用于對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧線程接收到和將要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行 過濾，防止發(fā)送或者接收有損無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全的數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，包括一次儀表信號調(diào)理部件、數(shù)據(jù)處理通信部件和電源部件，一次儀表信號調(diào)理部件的模擬輸出端口與數(shù)據(jù)處理通信部件A/D輸入端口相連；電源部件對一次儀表信號調(diào)理部件和數(shù)據(jù)處理通信部件供電；一次儀表信號調(diào)理部件包括一次儀表信號采集轉(zhuǎn)換單元、信號隔離單元和信號放大單元；數(shù)據(jù)處理通信部件包括信號處理通信單元和無線信號放大單元。本發(fā)明裝置能有效解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與一次儀表的結(jié)合問題及一次儀表信號的采集、轉(zhuǎn)換、隔離、放大、處理、存儲和無線收發(fā)問題，便于將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)引入裝備狀態(tài)、危險源和污染源網(wǎng)絡(luò)化檢測、診斷、預(yù)警及應(yīng)急響應(yīng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化監(jiān)控，實(shí)時性好、安全可靠。
文檔編號H04W88/02GK102118883SQ20111005053
公開日2011年7月6日 申請日期2011年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月3日
發(fā)明者馮冬, 陳俊杰 申請人:東南大學(xué)