基于cc430和cc2500的無線認(rèn)知傳感器節(jié)點(diǎn)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型構(gòu)建一個基于CC430和CC2500的無線認(rèn)知傳感器節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)采用了TI公司的CC430F5137單片機(jī)作為處理器，以CC430自帶的CC1101射頻芯片和外接的CC2500芯片作為無線射頻模塊，節(jié)點(diǎn)頻率覆蓋了ISM433/868/915MHz頻段和2.4G頻段，其硬件連接圖如圖1所示。它能檢測所設(shè)定的信道是否空閑，若空閑則將數(shù)據(jù)發(fā)送到接收節(jié)點(diǎn)，若信道忙則自動切換到另外的信道進(jìn)行發(fā)送。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了無線傳感器節(jié)點(diǎn)動態(tài)調(diào)整載波頻率、傳輸功率和調(diào)制方式等通信參數(shù)，并結(jié)合合適的頻譜檢測算法，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的認(rèn)知功能；液晶顯示模塊則實(shí)時(shí)的顯示當(dāng)前信道的狀況；電源模塊給各個模塊供電。
【專利說明】基于00430和002500的無線認(rèn)知傳感器節(jié)點(diǎn)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型專利涉及了通信領(lǐng)域中基于認(rèn)知無線電的研宄和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的開發(fā)，設(shè)計(jì)了基于￠^430和(^2500的無線認(rèn)知傳感器節(jié)點(diǎn)。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨著可用頻譜資源有限、與共用131頻段的其他無線通信系統(tǒng)之間干擾的問題，在節(jié)點(diǎn)采集到數(shù)據(jù)后發(fā)送時(shí)，常會遇到頻譜被占用的情況，導(dǎo)致發(fā)射不能及時(shí)進(jìn)行。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型目的在于解決上述【背景技術(shù)】中的問題，設(shè)計(jì)了基于低功耗處理器00430？5137單片機(jī)和(^2500的多射頻接口認(rèn)知無線傳感器節(jié)點(diǎn)，將微處理器搭載射頻芯片的系統(tǒng)結(jié)合認(rèn)知無線電技術(shù)應(yīng)用到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中來，給無線傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)射射頻數(shù)據(jù)提供了一種自適應(yīng)的信道選擇方法，提高了頻譜的利用率和數(shù)據(jù)的傳送速度，從而提高了整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的整體性能。
[0004]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是這樣的:無線認(rèn)知傳感器節(jié)點(diǎn)包括一個處理器模塊、處理器內(nèi)部的支持低于％射頻芯片、與處理器模塊連接的支持2.%的射頻芯片、液晶顯示屏、溫度傳感器和若干按鍵以及120燈、以及向處理器模塊供電的電源模塊，溫度傳感器將感知的數(shù)據(jù)傳送給處理器處理后，處理器交給射頻芯片選擇低于％或2.%頻率進(jìn)行發(fā)射。處理器部分采用II公司的13？430系列16位超低功耗、具有精簡指令集的混合信號處理器(^^^。陽口了單片機(jī)’它集成了低功耗處理器^^^^^陽口了和收發(fā)器，其通信頻率可以覆蓋433/868/915冊12頻段，2.%頻段采用了 II公司的(^2500芯片。節(jié)點(diǎn)頻率覆蓋了 131433/868/915冊12頻段和2.%頻段，并支持無線傳感器節(jié)點(diǎn)動態(tài)調(diào)整通信參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)無線傳感器節(jié)點(diǎn)的認(rèn)知功能。顯示模塊采用12864型號的液晶顯示屏，用以顯示當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀況和當(dāng)前信道的占用情況；傳感器部分采用0318820溫度傳感器，感知當(dāng)前的溫度情況，作為無線數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送；另外還有按鍵和[￡0顯示部分，如圖1所示。
[0005]微處理器將傳感器感知的數(shù)據(jù)通過與射頻芯片的3？1 口傳給射頻內(nèi)核，射頻內(nèi)核提供了對數(shù)據(jù)包導(dǎo)向無線協(xié)議的內(nèi)置硬件支持，通過設(shè)置射頻內(nèi)核的各個參數(shù)，就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。設(shè)置完成后就進(jìn)入無線電收發(fā)器檢測部分，首先檢測當(dāng)前信道的狀況，根據(jù)之前所設(shè)定的各項(xiàng)參數(shù)判斷信道是否被占用，主要是采用能量檢測算法，若被占用則自動調(diào)整信道編號、發(fā)射功率、數(shù)據(jù)率等參數(shù)來轉(zhuǎn)換到可用信道，將信道的各項(xiàng)參數(shù)通過另外一個接口在控制信道通知接收節(jié)點(diǎn)，接收節(jié)點(diǎn)在控制信道接收到信道信息后，切換工作信道，繼續(xù)接收發(fā)送節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，使用空閑信道進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送。
[0006]其中，由(^430芯片和(^25001^11?芯片構(gòu)成的射頻模塊包含了射頻接口模塊、射頻中斷模塊、調(diào)制解調(diào)器、0嫩控制器、射頻內(nèi)核、內(nèi)置狀態(tài)機(jī)、門限設(shè)置模塊、能量比較器、頻譜切換模塊和天線模塊，如圖2所示。微處理器通過射頻接口把數(shù)據(jù)傳送給射頻內(nèi)核，射頻接口和射頻內(nèi)核之間通過邏輯通道進(jìn)行通信，每次射頻接口和內(nèi)核進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，更新射頻內(nèi)核狀態(tài)。微處理器通過射頻接口設(shè)置射頻內(nèi)核的各種參數(shù)，包括發(fā)射功率、數(shù)據(jù)率、接收信道濾波帶寬、調(diào)制方式、數(shù)據(jù)包處理方式、通信基頻和信道編號等。門限設(shè)置模塊主要是設(shè)置同步字限定符、前導(dǎo)質(zhì)量閾值？肌、接收信號強(qiáng)度指示值舊31、載波監(jiān)聽閾值、空閑信道評估⑶八、鏈路質(zhì)量指示器等。能量比較器根據(jù)門限設(shè)置模塊設(shè)定的參數(shù)值將當(dāng)前信道的各項(xiàng)參數(shù)與設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行比較，若符合信道忙參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)則交給頻譜切換模塊進(jìn)行頻道切換，然后使用另外信道發(fā)射數(shù)據(jù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1給出了本實(shí)用新型基于(^430單片機(jī)的認(rèn)知無線傳感器節(jié)點(diǎn)框圖。
[0008]圖2給出了本實(shí)用新型認(rèn)知無線電收發(fā)器模塊框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0009]參照圖1和圖2，本實(shí)用新型由(^43055137處理器、00430自帶的(^1101射頻芯片、002500射頻芯片、12864液晶顯示屏、0818820溫度傳感器、1X^6模塊、電源模塊、按鍵以及120燈組成。
[0010]圖1是本實(shí)用新型的硬件連接方框圖，按照圖1所示連接線路，以(^43055137處理器為核心，采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，即將節(jié)點(diǎn)的電源模塊、射頻模塊以及處理器模塊獨(dú)立開來設(shè)計(jì)，各個模塊之間使用統(tǒng)一的接口連接。其中數(shù)據(jù)采集模塊主要是使用傳感器采集數(shù)據(jù)，然后經(jīng)八/0轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，傳給微處理器的1/0 口 ；處理與控制模塊由00430？5137單片機(jī)組成，主要是對數(shù)據(jù)采集模塊傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存儲起來，然后再控制射頻模塊的功能以及使用射頻模塊發(fā)射數(shù)據(jù)包；通信模塊由￠^430內(nèi)置的射頻芯片和(^25001^1(芯片組成，主要是進(jìn)行各種射頻參數(shù)的設(shè)定和數(shù)據(jù)的無線收發(fā)工作，具體的射頻參數(shù)有低于1(--的初始值為基頻434冊12、信道編號0、信道間距2001^2、數(shù)據(jù)率115.051^811(1,32位同步字、4字節(jié)前導(dǎo)字、接收機(jī)信道濾波器帶寬541.7紐2、調(diào)制方式為信道偏差127紐2、發(fā)射功率0(18、開啟載波監(jiān)聽、地址濾波、校驗(yàn)、絕對冊31閾值為33(18 ^2.46頻段的初始值為基頻24251?、信道編號為0、信道間距250紐2、數(shù)據(jù)率
2.信道帶寬203.125詘2、調(diào)制方式為偏差為38.09詘2、發(fā)射功率0(18、開啟載波監(jiān)聽、地址濾波、檢驗(yàn)、絕對8331閾值設(shè)為33(18。同時(shí)，認(rèn)知無線傳感器節(jié)點(diǎn)還具有頻譜感知和頻譜切換的功能，其中信道檢測主要是基于能量檢測算法，即通過判斷當(dāng)前信道的閾值是否大于所設(shè)定的絕對舊31閾值來判斷當(dāng)前信道是否空閑。電源模塊是使用3.烈的直流電壓直接給各個模塊進(jìn)行供電。
[0011]本實(shí)用新型簡要工作原理如下:
[0012]本實(shí)用新型中的傳感器實(shí)時(shí)的采集周圍環(huán)境的數(shù)據(jù)，經(jīng)過八/0轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，微處理器把數(shù)據(jù)包處理完后送給射頻芯片，同時(shí)設(shè)置射頻內(nèi)核的各個參數(shù)，使無線認(rèn)知傳感器節(jié)點(diǎn)具有頻譜感知和頻譜切換的功能；射頻芯片對數(shù)據(jù)包進(jìn)行硬件處理后，調(diào)制模塊對發(fā)送信息比特流進(jìn)行調(diào)制，使其能在射頻信道中進(jìn)行發(fā)射出去。節(jié)點(diǎn)在發(fā)射前依據(jù)能量檢測算法檢測當(dāng)前頻譜是否被占用，如果信道忙則自動調(diào)整各個射頻參數(shù)，再交給頻譜切換模塊進(jìn)行頻譜切換，如果當(dāng)前信道不被占用則使用當(dāng)前信道發(fā)射數(shù)據(jù)包，減少了節(jié)點(diǎn)因競爭通信信道而帶來的等待和沖突，從而提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量并縮短通信時(shí)延，提高了空閑頻譜利用率；液晶顯示模塊則是實(shí)時(shí)的顯示系統(tǒng)的工作方式和當(dāng)前信道的狀況。
【權(quán)利要求】
1.基于CC430和CC2500的無線認(rèn)知傳感器節(jié)點(diǎn)，其特征在于，包括一個處理器模塊、處理器內(nèi)部的支持低于IG射頻芯片、與處理器模塊連接的支持2.4G的射頻芯片、液晶顯示屏、溫度傳感器和若干按鍵以及LED燈、以及向處理器模塊供電的電源模塊，溫度傳感器將感知的數(shù)據(jù)傳送給處理器處理后，處理器交給射頻芯片選擇低于IG的頻段或2.4G頻段進(jìn)行發(fā)射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線認(rèn)知傳感器節(jié)點(diǎn)，其特征在于，處理器模塊采用MSP430系列16位超低功耗、具有精簡指令集的混合信號處理器CC430F5137。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線認(rèn)知傳感器節(jié)點(diǎn)，其特征在于，其射頻模塊由CC430自帶的CCllOl射頻芯片和外接的CC2500芯片組成，節(jié)點(diǎn)頻率覆蓋了 ISM 433/868/915MHz頻段和2.4G頻段，并支持無線傳感器節(jié)點(diǎn)動態(tài)調(diào)整通信參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)無線傳感器節(jié)點(diǎn)的認(rèn)知功能。
【文檔編號】H04W16/14GK204259163SQ201420020111
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】王永華, 黃友樹, 萬頻, 歐陽升, 張洽, 楊健 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)