專利名稱：一種無(wú)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：
一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種無(wú)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(chǎng)合裝備狀態(tài)、危險(xiǎn)源和污染源網(wǎng)絡(luò)化檢測(cè)、診斷、預(yù)警及應(yīng)急響應(yīng)控制。
背景技術(shù)：
[0002]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(lái)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(duì)其進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程故障診斷、事故預(yù)警，其處理的難度、實(shí)時(shí)性、及時(shí)性、準(zhǔn)確性、成本等的要求也越來(lái)越高。同時(shí)，這些行業(yè)的危險(xiǎn)源和污染源，特別是許多裝備本身就是危險(xiǎn)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(chǔ)藏罐和輸送管道等裝備和其它各種各樣的危險(xiǎn)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(cái)產(chǎn)損失，還會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，甚至造成不良的社會(huì)影響。因此，實(shí)施對(duì)各種裝備狀態(tài)、危險(xiǎn)源和污染源網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時(shí)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(xiǎn)源和污染源事故的發(fā)生，不僅對(duì)準(zhǔn)確診斷并防范故障、及時(shí)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(duì)及時(shí)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。[0003]現(xiàn)有技術(shù)對(duì)各種裝備狀態(tài)、危險(xiǎn)源和污染源進(jìn)行監(jiān)測(cè)、診斷、預(yù)警主要采用以下三種方法[0004]1、對(duì)裝備狀態(tài)、危險(xiǎn)源和污染源進(jìn)行離線的人工巡檢。我國(guó)許多中小型企業(yè)通常采用的辦法。[0005]2、一小部分有條件的大中型企事業(yè)單位開(kāi)始試點(diǎn)性采用有線的辦法對(duì)裝備狀態(tài)、 危險(xiǎn)源和污染源實(shí)施監(jiān)測(cè)、診斷和預(yù)警，例如各種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，其中，監(jiān)測(cè)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(xiǎn)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(chǎng)監(jiān)測(cè)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(jì)算機(jī)的其他外圍設(shè)備和政府各級(jí)監(jiān)控預(yù)警中心等。[0006]3、采用GSM或2G或3G公共無(wú)線網(wǎng)監(jiān)測(cè)和預(yù)警。[0007]通過(guò)客觀、深入地研究以上三種方法，可以發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)方面的問(wèn)題[0008]1、對(duì)各種裝備狀態(tài)、危險(xiǎn)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(shí)性、及時(shí)性、準(zhǔn)確性、遠(yuǎn)程化、網(wǎng)絡(luò)化和低成本，而且漏報(bào)率較高。[0009]2、采用有線的辦法實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(jià)值和未來(lái)發(fā)展的角度看，主要存在下述幾個(gè)方面的問(wèn)題[0010](1)系統(tǒng)投資大、成本高、性能價(jià)格比低。[0011](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)。[0012](3)系統(tǒng)的擴(kuò)展性差，使得監(jiān)測(cè)容量相對(duì)較小，特別是在其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已安裝好后需要增加監(jiān)測(cè)區(qū)域的情況下，不但需要對(duì)軟件，而且需要對(duì)硬件作較大的改動(dòng)，甚至需要重新設(shè)計(jì)制作。[0013]3、采用GSM或2G或3G公共無(wú)線網(wǎng)監(jiān)測(cè)和預(yù)警，對(duì)于大范圍區(qū)域裝備狀態(tài)、危險(xiǎn)源和污染源確是一個(gè)值得考慮的解決方案，但對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)和小范圍區(qū)域內(nèi)的裝備狀態(tài)、危險(xiǎn)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(jià)值不大。更為重要的是，無(wú)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(shí)可能產(chǎn)生高頻電火花， 特別在環(huán)境惡劣時(shí)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(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓逃袡C(jī)理，無(wú)線收發(fā)功率常常會(huì)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(duì)接收型連續(xù)高頻源的實(shí)際功率I^zg的點(diǎn)燃極限值規(guī)定爆炸組別為II A時(shí)，時(shí)間超過(guò)100μ8的平均值為6W ；爆炸組別為II B時(shí)，時(shí)間超過(guò) 100μ8的平均值為4W ；爆炸組別為II C時(shí)，時(shí)間超過(guò)20μ8的平均值為2W)。[0014]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(chǎng)合等場(chǎng)合的裝備狀態(tài)、危險(xiǎn)源和污染源監(jiān)測(cè)、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(lái)的發(fā)展需求。實(shí)用新型內(nèi)容[0015]實(shí)用新型目的本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有一次儀表信號(hào)調(diào)理功能的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，以有效解決無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與一次儀表的結(jié)合問(wèn)題，以及一次儀表信號(hào)的采集、轉(zhuǎn)換、隔離、放大、處理、存儲(chǔ)和無(wú)線收發(fā)等問(wèn)題， 以便于將無(wú)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(chǎng)合的裝備狀態(tài)、危險(xiǎn)源和污染源網(wǎng)絡(luò)化檢測(cè)、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。[0016]技術(shù)方案本實(shí)用新型所述的一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，包括一次儀表信號(hào)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(hào)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(duì)所述一次儀表信號(hào)調(diào)理部件和數(shù)據(jù)處理通信部件供電；[0017]所述一次儀表信號(hào)調(diào)理部件包括依次相連的一次儀表信號(hào)采集轉(zhuǎn)換單元、信號(hào)隔離單元和信號(hào)放大單元；所述一次儀表信號(hào)采集轉(zhuǎn)換單元用于監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)傳感器采集、調(diào)理得到的一次儀表4-20mA輸出信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換；所述信號(hào)隔離單元用于將一次儀表信號(hào)采集轉(zhuǎn)換單元輸出的信號(hào)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(duì)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(hào)放大單元用于將信號(hào)隔離單元輸出的信號(hào)進(jìn)行放大或縮小，并進(jìn)行阻抗匹配，使其輸出的信號(hào)滿足數(shù)據(jù)處理通信部件A/D輸入端口的要求；[0018]所述數(shù)據(jù)處理通信部件包括信號(hào)處理通信單元和無(wú)線信號(hào)放大單元；所述信號(hào)處理通信單元用于通過(guò)程序指令控制A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)一次儀表信號(hào)調(diào)理部件的模擬輸出信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、算法處理和存儲(chǔ)，并采用ZigBee技術(shù)通過(guò)無(wú)線信號(hào)放大單元與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組網(wǎng)和通信；所述無(wú)線信號(hào)放大單元用于對(duì)信號(hào)處理通信單元輸出的無(wú)線通信信號(hào)進(jìn)行放大，擴(kuò)大無(wú)線通信范圍。[0019]所述一次儀表信號(hào)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(hào)隔離單元的輸入端口相連；所述信號(hào)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(hào)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(hào)不經(jīng)過(guò)一次儀表信號(hào)采集轉(zhuǎn)換單元而直接與信號(hào)隔離單元的輸入端相連；所述信號(hào)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。[0020]本實(shí)用新型數(shù)據(jù)處理通信部件中，所述信號(hào)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(hào)輸出端口與無(wú)線信號(hào)放大單元的射頻輸入端口相連；所述無(wú)線信號(hào)放大單元由CC2590或CC2591放大器“U5”及其外圍電路構(gòu)成，與信號(hào)處理通信單元進(jìn)行雙向串行數(shù)據(jù)通信。[0021]本實(shí)用新型數(shù)據(jù)處理通信部件中，另一種方案為所述信號(hào)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(hào)輸出端口與無(wú)線信號(hào)放大單元的射頻輸入端口相連；所述無(wú)線信號(hào)放大單元由HHM1521平衡轉(zhuǎn)換芯片“TO”、 NC7SZ04 反相器“U7”、AS179-92 控制開(kāi)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，與信號(hào)處理通信單元進(jìn)行雙向串行數(shù)據(jù)通信。[0022]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[0023]1 )A/D轉(zhuǎn)換模塊，其信號(hào)輸入端與一次信號(hào)調(diào)理部件的信號(hào)輸出端相連，對(duì)其進(jìn)行 A/D采樣，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并存儲(chǔ)在微處理器“U4”的寄存器中。[0024]2) ZigBee協(xié)議棧模塊，它保存了 ZigBee協(xié)議棧，節(jié)點(diǎn)工作時(shí)運(yùn)行其中的ZigBee 協(xié)議，并通過(guò)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)。[0025]3)定時(shí)器模塊，程序通過(guò)設(shè)置微處理器“U4”定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的寄存器，完成定時(shí)的任務(wù)，并通過(guò)微處理器“U4”的定時(shí)器控制節(jié)點(diǎn)周期性的完成數(shù)據(jù)采集的工作。[0026]4)存儲(chǔ)器模塊，將節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)存儲(chǔ)器模塊保存在節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)器中。[0027]5)無(wú)線通信接口，節(jié)點(diǎn)的微處理器“U4”通過(guò)無(wú)線通信接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的無(wú)線收發(fā)， 是完成ZigBee組網(wǎng)與通信物理設(shè)備。[0028]6)處理器內(nèi)核模塊，它能夠訪問(wèn)存儲(chǔ)器、執(zhí)行運(yùn)算、開(kāi)啟定時(shí)器以及通過(guò)射頻接口進(jìn)行雙向通信并對(duì)接受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。在此實(shí)現(xiàn)的功能包括[0029]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(shí)間同步幀、命令幀還是數(shù)據(jù)幀若是時(shí)間同步幀，則重置同步計(jì)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(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理。[0030] 用于訪問(wèn)存儲(chǔ)器對(duì)于節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)，通過(guò)程序指令將數(shù)據(jù)及時(shí)保存到存儲(chǔ)器中。[0031]③用于進(jìn)行各種算法計(jì)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(jì)算出節(jié)點(diǎn)裝置的位置；數(shù)據(jù)查詢算法是對(duì)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(guò)加密、解密算法分別對(duì)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(duì)一次儀表信號(hào)采集轉(zhuǎn)換單元和信號(hào)隔離單元的輸入部分供電；所述第二電源單元用于對(duì)信號(hào)隔離單元的輸出部分、信號(hào)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(hào)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(hào)處理通信單元根據(jù)所實(shí)現(xiàn)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議完成對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的配置和管理；所述信號(hào)處理通信單元可用于接收數(shù)據(jù)，如果收到來(lái)自無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的報(bào)文，則首先對(duì)報(bào)文進(jìn)行判別，如果通過(guò)收到的是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制報(bào)文，則根據(jù)指令改變無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)，如果收到的是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報(bào)文，則對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)；所述信號(hào)處理通信單元還可用于發(fā)送數(shù)據(jù)，根據(jù)無(wú)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制報(bào)文要求，所述信號(hào)處理通信單元可以通過(guò)報(bào)文將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到目標(biāo)無(wú)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(hào)處理通信單元?jiǎng)?chuàng)建多線程實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的并發(fā)執(zhí)行， 分別為無(wú)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(jì)算、數(shù)據(jù)管理以及網(wǎng)絡(luò)安全管理線程。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧線程用于發(fā)送報(bào)文給目標(biāo)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或從無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中接收?qǐng)?bào)文；數(shù)據(jù)采樣線程完成對(duì)一次儀表信號(hào)定時(shí)的采樣；數(shù)據(jù)融合線程可以對(duì)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(jì)算線程通過(guò)定位算法可以實(shí)時(shí)計(jì)算出所述無(wú)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(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理，所述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以對(duì)處理完成的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，也可以通過(guò)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(duì)無(wú)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(guò)濾，防止發(fā)送或者接收有損無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全的數(shù)據(jù)。有益效果本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是1)本實(shí)用新型的一種具有一次儀表信號(hào)調(diào)理功能的無(wú)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(chǎng)合裝備狀態(tài)、危險(xiǎn)源和污染源網(wǎng)絡(luò)化檢測(cè)、診斷、預(yù)警及應(yīng)急響應(yīng)控制。2)本實(shí)用新型在系統(tǒng)地研究并設(shè)計(jì)了無(wú)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(chǎng)合裝備狀態(tài)、危險(xiǎn)源和污染源網(wǎng)絡(luò)化檢測(cè)、診斷、預(yù)警及應(yīng)急響應(yīng)控制的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并研制了一種具有一次儀表信號(hào)調(diào)理功能的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，以有效解決無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與一次儀表的結(jié)合問(wèn)題，以及一次儀表信號(hào)的采集、轉(zhuǎn)換、隔離、放大、處理、存儲(chǔ)和無(wú)線收發(fā)等問(wèn)題，以便于將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)引入上述應(yīng)用場(chǎng)合的裝備狀態(tài)、危險(xiǎn)源和污染源網(wǎng)絡(luò)化檢測(cè)、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(shí)性好、安全可靠。3)本實(shí)用新型中一次儀表信號(hào)調(diào)理部件接收一次儀表的輸出信號(hào)，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(hào)。數(shù)據(jù)處理通信部件對(duì)其模擬電壓輸出信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、算法處理和存儲(chǔ)，并采用ZigBee技術(shù)通過(guò)數(shù)據(jù)處理通信部件中的無(wú)線信號(hào)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(guò)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)就將上述應(yīng)用場(chǎng)合的裝備狀態(tài)、危險(xiǎn)源和污染源網(wǎng)絡(luò)化檢測(cè)、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)本實(shí)用新型在電源部件中，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(gè)直流穩(wěn)壓?jiǎn)卧尚盘?hào)隔離單元分隔整個(gè)節(jié)點(diǎn)裝置成兩部分，以避免一次儀表信號(hào)對(duì)信號(hào)放大單元和數(shù)據(jù)處理通信部件的干擾。并且，用一個(gè)電源單元提供多級(jí)直流電源電壓，以滿足應(yīng)用要求。5)本實(shí)用新型采用工程實(shí)用性設(shè)計(jì)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(shí)，盡量減小其裝置本身的成本?？紤]到抗干擾和數(shù)據(jù)處理通信部件制作加工成本相對(duì)較高等因素，將一次儀表信號(hào)調(diào)理部件與數(shù)據(jù)處理通信部件分開(kāi)制作。同時(shí)，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(gè)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)本實(shí)用新型在設(shè)計(jì)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(hào)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(kāi)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(wú)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(duì)數(shù)據(jù)處理通信部件的干擾，增強(qiáng)了無(wú)線收發(fā)的抗干擾能力，提高了無(wú)線收發(fā)的性能。7)本實(shí)用新型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+85 C0正常工作，這樣可使本實(shí)用新型適合于世界的絕大多數(shù)國(guó)家和地區(qū)的溫度環(huán)境。8)本實(shí)用新型由于具有上面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)本實(shí)用新型采用計(jì)算機(jī)串口可以使終端對(duì)其裝置進(jìn)行調(diào)試和編程以及燒寫程序，并且計(jì)算機(jī)終端可以通過(guò)串口借助該裝置查看無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)或者向無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送命令。10)本實(shí)用新型采用信號(hào)處理通信單元配置和管理無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，完成無(wú)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理、存儲(chǔ)、加權(quán)融合、定位算法以及網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測(cè)等多任務(wù)并發(fā)地執(zhí)行。11)本實(shí)用新型無(wú)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(gè)通信基站，其應(yīng)用于上述各領(lǐng)域時(shí)，能夠即時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)環(huán)境數(shù)據(jù)。當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到一次儀表輸出的反應(yīng)溫度、壓力、振動(dòng)、各類氣體濃度等等物理參數(shù)信號(hào)時(shí)，能夠自動(dòng)采集各種一次儀表信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、隔離、放大、處理和存儲(chǔ)，并運(yùn)用ZigBee技術(shù)通過(guò)無(wú)線信號(hào)與其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組網(wǎng)和通信。本實(shí)用新型針對(duì)上述應(yīng)用，研究并實(shí)用新型了其中的關(guān)鍵模塊產(chǎn)品——一種具有一次儀表信號(hào)調(diào)理功能的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，其意義重大、應(yīng)用價(jià)值巨大，市場(chǎng)前景廣闊。

圖1是本實(shí)用新型一種具有一次儀表信號(hào)調(diào)理功能的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置總體框圖。圖2是本實(shí)用新型一種具有一次儀表信號(hào)調(diào)理功能的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置一次儀表信號(hào)調(diào)理部件原理圖(其電源部分未給出)。圖3是本實(shí)用新型一種具有一次儀表信號(hào)調(diào)理功能的無(wú)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(hào)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是本實(shí)用新型一種具有一次儀表信號(hào)調(diào)理功能的無(wú)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(wú)線信號(hào)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是本實(shí)用新型一種具有一次儀表信號(hào)調(diào)理功能的無(wú)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(wú)線信號(hào)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(kāi)關(guān)芯片“U8、 Ul 1”、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是本實(shí)用新型一種具有一次儀表信號(hào)調(diào)理功能的無(wú)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信軟件工作流程圖。圖7是本實(shí)用新型一種具有一次儀表信號(hào)調(diào)理功能的無(wú)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是本實(shí)用新型一種具有一次儀表信號(hào)調(diào)理功能的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置一次儀表信號(hào)采集轉(zhuǎn)換單元和信號(hào)隔離單元的輸入部分的供電電源部分原理圖。圖9是本實(shí)用新型一種具有一次儀表信號(hào)調(diào)理功能的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置信號(hào)隔離單元的輸出部分、信號(hào)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)施方式
以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本實(shí)用新型的保護(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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，包括一次儀表信號(hào)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(hào)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(duì)所述一次儀表信號(hào)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(hào)調(diào)理部件包括依次相連的一次儀表信號(hào)采集轉(zhuǎn)換單元1、信號(hào)隔離單元2和信號(hào)放大單元3 ；所述一次儀表信號(hào)采集轉(zhuǎn)換單元1用于監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)傳感器采集、調(diào)理得到的一次儀表4-20mA輸出信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換；所述信號(hào)隔離單元2用于將一次儀表信號(hào)采集轉(zhuǎn)換單元1輸出的信號(hào)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(duì)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(hào)放大單元3用于將信號(hào)隔離單元2輸出的信號(hào)進(jìn)行放大或縮小，并進(jìn)行阻抗匹配，使其輸出的信號(hào)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(hào)處理通信單元4和無(wú)線信號(hào)放大單元5 ；所述信號(hào)處理通信單元4用于通過(guò)程序指令控制A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)一次儀表信號(hào)調(diào)理部件的模擬輸出信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、算法處理和存儲(chǔ)，并采用ZigBee技術(shù)通過(guò)無(wú)線信號(hào)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(wú)線信號(hào)放大單元5用于對(duì)信號(hào)處理通信單元4輸出的無(wú)線通信信號(hào)進(jìn)行放大，擴(kuò)大無(wú)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(duì)一次儀表信號(hào)采集轉(zhuǎn)換單元1和信號(hào)隔離單元2的輸入部分供電；所述第二電源單元7 用于對(duì)信號(hào)隔離單元2的輸出部分、信號(hào)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(hào)調(diào)理部件主要由一次儀表信號(hào)采集轉(zhuǎn)換單元1、信號(hào)隔離單元2和信號(hào)放大單元3組成。一次儀表信號(hào)采集轉(zhuǎn)換單元1用于監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)傳感器采集、調(diào)理得到的一次儀表 4-20mA輸出信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換。信號(hào)隔離單元2用于將一次儀表信號(hào)采集轉(zhuǎn)換單元1輸出的信號(hào)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(duì)后段電路的影響，并用于采集一次儀表輸出0-5V電壓。信號(hào)放大單元3用于將信號(hào)隔離單元2輸出的信號(hào)進(jìn)行放大或縮小，并進(jìn)行阻抗匹配，使其輸出的信號(hào)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(hào)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“+ ”和“Ct”通過(guò)接口 “J1”引入4-20mA電流信號(hào)，Ref In,Ref Out 和Ref fb三個(gè)引腳相連，RCV420輸出端“Rev Out”接信號(hào)隔離單元2的輸入端口“Vin”。信號(hào)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(guò)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(duì)電路板內(nèi)部數(shù)字電路的影響。信號(hào)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(hào)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(guò)由電阻“R1”、可變電阻器 “W1”和電阻“R2”組成的電壓衰減電路對(duì)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(hào)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(hào)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-25 C0到+85 C0 ；隔離放大器IS0122為-25 C0到+85 C0 ；運(yùn)算放大器LM158為-55 C° 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(hào)處理通信單元4和無(wú)線信號(hào)放大單元5。信號(hào)處理通信單元4用于通過(guò)程序控制A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)一次儀表信號(hào)調(diào)理部件的模擬輸出信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、算法處理和存儲(chǔ)，并采用ZigBee技術(shù)經(jīng)過(guò)無(wú)線信號(hào)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(wú)線信號(hào)放大單元5用于將信號(hào)處理通信單元4輸出的無(wú)線通信信號(hào)進(jìn)行放大，擴(kuò)大無(wú)線通信范圍。信號(hào)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(wú)線通信應(yīng)用，低功耗、低成本。CCM30或CCM31在單個(gè)芯片上整合了 ZigBee射頻電路、內(nèi)存和微控制器，包括1個(gè)8051微控制器，1 KB可編程閃存和8 KB的RAM，還包含 ADC、定時(shí)器、看門狗定時(shí)器、晶振以及21個(gè)可編程I/O端口。無(wú)線信號(hào)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.(^到3.6義可用于所有的2. 4GHz頻段的無(wú)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(hào)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(wú)線信號(hào)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(wú)線信號(hào)放大單元5的工作狀態(tài)。信號(hào)處理通信單元4將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)傳輸給無(wú)線信號(hào)放大單元5，由無(wú)線信號(hào)放大單元5將信號(hào)放大后通過(guò)天線發(fā)送出去；無(wú)線信號(hào)放大單元5接收到無(wú)線電信號(hào)后，將數(shù)據(jù)傳輸給信號(hào)處理通信單元4，由信號(hào)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(hào)調(diào)理部件的輸出信號(hào)與信號(hào)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(gè)實(shí)施案例，包括信號(hào)處理通信單元4和無(wú)線信號(hào)放大單元5。信號(hào)處理通信單元4用于通過(guò)程序控制A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)一次儀表信號(hào)調(diào)理部件的模擬輸出信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、算法處理和存儲(chǔ)，并采用ZigBee技術(shù)經(jīng)過(guò)無(wú)線信號(hào)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(wú)線信號(hào)放大單元5用于將信號(hào)處理通信單元4輸出的無(wú)線通信信號(hào)進(jìn)行放大，擴(kuò)大無(wú)線通信范圍。信號(hào)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(hào)輸出端口與無(wú)線信號(hào)放大單元5的射頻輸入端口相連，無(wú)線信號(hào)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(kāi)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，與信號(hào)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(gè)IO 口、AD、DA以及定時(shí)器。處理器工作于2. 4GHz無(wú)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。信號(hào)處理通信單元4中處理器JN5121或JN5139或JN5148的無(wú)線收發(fā)端口 “RF+”、 “RF-”與平衡轉(zhuǎn)換芯片HHM1521的兩個(gè)“BP”端口相連，完成阻抗匹配。通過(guò)處理器的“DI03” 端口與控制開(kāi)關(guān)芯片AS179-92"U2”，完成對(duì)外部無(wú)線放大電路的發(fā)送、接收進(jìn)行通道選擇。無(wú)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(hào)處理通信單元4發(fā)出的信號(hào)經(jīng)過(guò)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(hào)發(fā)射出去。射頻接收通道需要用高頻低噪聲放大電路對(duì)接收到的信號(hào)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(duì)輸入的微弱信號(hào)進(jìn)行放大，提高接收的成功率。 一次儀表信號(hào)調(diào)理部件的信號(hào)輸出端口與信號(hào)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(wú)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(chǔ)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(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置，建立無(wú)線網(wǎng)絡(luò)；若節(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(qǐng)加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)的請(qǐng)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(qǐng)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(shuō)明請(qǐng)求沒(méi)有通過(guò)，則檢查網(wǎng)絡(luò)號(hào)和信道選擇是否正確，然后再次提出請(qǐng)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(guò)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(wú)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(bào)文，首先判斷報(bào)文是控制報(bào)文還是數(shù)據(jù)報(bào)文，如果是控制報(bào)文，則完成相應(yīng)控制操作，如果是數(shù)據(jù)報(bào)文，則提取數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、融合、存儲(chǔ)；若收到的報(bào)文有錯(cuò)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(chǔ)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(wú)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(qǐng)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(wú)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(jì)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(wú)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(wú)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(guò)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(wú)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(bào)文，首先判斷報(bào)文是控制報(bào)文還是數(shù)據(jù)報(bào)文，如果是控制報(bào)文，則完成相應(yīng)控制操作，如果是數(shù)據(jù)報(bào)文，則提取數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、融合、存儲(chǔ)；若收到的報(bào)文有錯(cuò)誤，則丟棄。2)數(shù)據(jù)采集線程。線程循環(huán)啟動(dòng)定時(shí)器并等待定時(shí)器，若定時(shí)器定時(shí)結(jié)束，則通過(guò)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(bào)，通過(guò)線程間通信將數(shù)據(jù)報(bào)傳輸給無(wú)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(jì)算線程。線程循環(huán)啟動(dòng)定時(shí)器并等待定時(shí)器，若定時(shí)器定時(shí)結(jié)束，則計(jì)算節(jié)點(diǎn)的位置信息，并將計(jì)算得到的結(jié)果封裝成數(shù)據(jù)報(bào)，通過(guò)線程間通信將數(shù)據(jù)報(bào)傳輸給無(wú)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(guò)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(guò)線程通信接口輸入數(shù)據(jù)庫(kù)查詢命令，根據(jù)命令要求，完成數(shù)據(jù)庫(kù)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(guò)線程間通信接口輸入的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報(bào)，對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行掃描，判斷數(shù)據(jù)報(bào)安全性。若數(shù)據(jù)報(bào)符合網(wǎng)絡(luò)安全要求，則將該數(shù)據(jù)報(bào)返回；否則丟棄該數(shù)據(jù)報(bào)，返回錯(cuò)誤報(bào)告。 如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)表示和表述了本實(shí)用新型，但其不得解釋為對(duì)本實(shí)用新型自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本實(shí)用新型的精神和范圍前提下，可對(duì)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(wú)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(hào)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(hào)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(duì)所述一次儀表信號(hào)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(hào)調(diào)理部件包括依次相連的一次儀表信號(hào)采集轉(zhuǎn)換單元(1)、信號(hào)隔離單元(2)和信號(hào)放大單元(3)；所述一次儀表信號(hào)采集轉(zhuǎn)換單元(1)用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)傳感器采集、調(diào)理得到的一次儀表4-20mA輸出信號(hào)進(jìn)行采集和轉(zhuǎn)換；所述信號(hào)隔離單元(2)用于將一次儀表信號(hào)采集轉(zhuǎn)換單元(1)輸出的信號(hào)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(duì)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(hào)放大單元(3)用于將信號(hào)隔離單元(2)輸出的信號(hào)進(jìn)行放大或縮小，并進(jìn)行阻抗匹配，使其輸出的信號(hào)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(hào)處理通信單元(4 )和無(wú)線信號(hào)放大單元(5 )；所述信號(hào)處理通信單元(4)用于通過(guò)程序指令控制A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)一次儀表信號(hào)調(diào)理部件的模擬輸出信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、算法處理和存儲(chǔ)，并采用ZigBee技術(shù)通過(guò)無(wú)線信號(hào)放大單元 (5)與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組網(wǎng)和通信；所述無(wú)線信號(hào)放大單元(5)用于對(duì)信號(hào)處理通信單元(4) 輸出的無(wú)線通信信號(hào)進(jìn)行放大，擴(kuò)大無(wú)線通信范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)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(hào)采集轉(zhuǎn)換單元(1)由精密電流環(huán)接受器(Ul)及其外圍電路組成，它的輸出端口與信號(hào)隔離單元(2)的輸入端口相連；所述信號(hào)隔離單元(2)由隔離放大器(U2)及其外圍電路組成，它的輸出端口與信號(hào)放大單元(3)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(hào)不經(jīng)過(guò)一次儀表信號(hào)采集轉(zhuǎn)換單元(1)而直接與信號(hào)隔離單元(2)的輸入端相連；所述信號(hào)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，其特征在于所述信號(hào)處理通信單元(4)由CCM30或CCM31處理器(U4)及其外圍電路構(gòu)成，其射頻信號(hào)輸出端口與無(wú)線信號(hào)放大單元(5 )的射頻輸入端口相連；所述無(wú)線信號(hào)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(hào)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，其特征在于所述信號(hào)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(hào)輸出端口與無(wú)線信號(hào)放大單元(5 )的射頻輸入端口相連；所述無(wú)線信號(hào)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(kāi)關(guān)芯片(U8、U11)、TSX-10A晶振 (U9)、PAM23L功率放大器(UlO)和MDR774M濾波器(U12)及其外圍電路構(gòu)成，與信號(hào)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(wú)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(duì)一次儀表信號(hào)采集轉(zhuǎn)換單元(1)和信號(hào)隔離單元(2)的輸入部分供電；所述第二電源單元(7)用于對(duì)信號(hào)隔離單元(2)的輸出部分、信號(hào)放大單元(3)、數(shù)據(jù)處理通信部件的供電。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，包括一次儀表信號(hào)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(hào)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(duì)一次儀表信號(hào)調(diào)理部件和數(shù)據(jù)處理通信部件供電；一次儀表信號(hào)調(diào)理部件包括一次儀表信號(hào)采集轉(zhuǎn)換單元、信號(hào)隔離單元和信號(hào)放大單元；數(shù)據(jù)處理通信部件包括信號(hào)處理通信單元和無(wú)線信號(hào)放大單元。本實(shí)用新型裝置能有效解決無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與一次儀表的結(jié)合問(wèn)題及一次儀表信號(hào)的采集、轉(zhuǎn)換、隔離、放大、處理、存儲(chǔ)和無(wú)線收發(fā)問(wèn)題，便于將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)引入裝備狀態(tài)、危險(xiǎn)源和污染源網(wǎng)絡(luò)化檢測(cè)、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(shí)性好、安全可靠。
文檔編號(hào)H04W84/18GK202276471SQ20112005326
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)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(qǐng)人:東南大學(xué)