一種低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺，主要應(yīng)用于高校電子實(shí)驗(yàn)室作為對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識性實(shí)驗(yàn)。
【背景技術(shù)】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，簡稱WSN)作為物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐中的關(guān)鍵技術(shù)，列為《國家中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃(2006-2020年)》和“新一代寬帶移動無線通信網(wǎng)”重大專項(xiàng)重點(diǎn)研究對象，進(jìn)一步增加了理論與實(shí)踐領(lǐng)域的關(guān)注。以儲備我國新技術(shù)領(lǐng)域人才，培養(yǎng)學(xué)生國際化研究視野為目標(biāo)，國內(nèi)系列院校，如上海交大、清華大學(xué)、北京郵電大學(xué)和中國科技大學(xué)等相繼展開了該技術(shù)深入拓展的研究性教學(xué)。構(gòu)建實(shí)驗(yàn)平臺可以將前沿技術(shù)模型化于教學(xué)實(shí)踐中。而目前網(wǎng)絡(luò)中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)多以信號睡眠喚醒方式降低功耗，其主要存在功耗仍維持于較高水平和系統(tǒng)實(shí)時(shí)性差的缺陷，即，大量能量消耗于維持系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的同步，用于有效信息通信的能量僅占總功耗的一小部分；僅能等到節(jié)點(diǎn)定時(shí)醒來后方能完成通信，而不論通信所發(fā)生的時(shí)間，以其為核心所建立的實(shí)驗(yàn)自然存在了上述問題。與之相對應(yīng)，基于低頻喚醒技術(shù)的低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)機(jī)制是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能源效率和延長網(wǎng)絡(luò)生命周期的一種有效方法。從實(shí)驗(yàn)教學(xué)理論聯(lián)系實(shí)際的角度出發(fā)，尤其是在傳感器節(jié)點(diǎn)的主要能源方式仍然是電池，而電池技術(shù)在目前沒有突破性改進(jìn)的前提下，探索以低頻喚醒技術(shù)下低功耗無線傳感器為核心的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺設(shè)計(jì)，成為進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)挖掘的重要現(xiàn)實(shí)意義所在和亟需應(yīng)解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的狀況，本申請擬基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)轉(zhuǎn)型中的前沿技術(shù)需求，圍繞低頻喚醒技術(shù)下，設(shè)計(jì)一種新型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺，即一種低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺。
[0004]本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的，所采用的技術(shù)方案是:一種低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺，其特征在于:包括數(shù)據(jù)采集部分、芯片數(shù)據(jù)處理部分、數(shù)據(jù)傳輸部分、直流電源部分、報(bào)警部分和低頻喚醒主控電路，數(shù)據(jù)采集部分包括光敏傳感器、溫濕度傳感器、振動傳感器，通過傳感器采集相應(yīng)的信號；芯片數(shù)據(jù)處理電路部分包括CC2530處理器，將采集來的模擬數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；數(shù)據(jù)傳輸部分包括RS232串口，將CC2530處理器處理過的信號通過串口傳輸?shù)缴衔粰C(jī)；直流電源部分包括電池，作為動力驅(qū)動源，將能量提供給實(shí)驗(yàn)平臺需要?jiǎng)恿Φ脑骷?；?bào)警部分包括報(bào)警電路，對所采集的信號值設(shè)定范圍，如果超出此范圍將產(chǎn)生報(bào)警信號；低頻喚醒主控電路包括AS3933低頻喚醒芯片，傳感器采集的信號包含一部分的無用雜波信號，通過AS3933低頻喚醒芯片將雜波信號濾除，在濾除雜波信號的過程中，能耗相對較高的處理器芯片及數(shù)據(jù)傳輸電路并不工作，起到一定的降低功耗作用；
[0005]所述振動傳感器與低頻喚醒主控電路連接，所述光敏傳感器、溫濕度傳感器分別與低頻喚醒主控電路連接，所述低頻喚醒主控電路與CC2530處理器連接，所述CC2530處理器一路與報(bào)警電路連接，另一路通過RS232串口與PC終端連接，電池為實(shí)驗(yàn)平臺供電。
[0006]本實(shí)用新型的特點(diǎn)是:本實(shí)驗(yàn)平臺增加了一個(gè)低頻喚醒芯片和CC2530處理器相連接，傳感器采集的信號包含一部分的低頻無用雜波信號，通過此低頻喚醒芯片將頻率較低的雜波信號濾除，在濾除雜波信號的過程中能耗相對較高的處理器芯片及數(shù)據(jù)傳輸電路并不工作，起到一定的降低功耗作用，降低一定量功耗的同時(shí)更多的是培養(yǎng)參與學(xué)生的節(jié)能環(huán)保意識。
[0007]本實(shí)用新型主要應(yīng)用于高校實(shí)驗(yàn)室，用于高校電子等專業(yè)的認(rèn)識性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，具有簡單、直觀、成本低、能耗低的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0008]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；
[0009]圖2為本實(shí)用新型的芯片數(shù)據(jù)處理電路原理圖；
[0010]圖3為本實(shí)用新型的低頻喚醒主控電路原理圖；
[0011]圖4為本實(shí)用新型的溫濕度傳感器電路原理圖；
[0012]圖5為本實(shí)用新型的光敏傳感器電路原理圖；
[0013]圖6為本實(shí)用新型的報(bào)警電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1至圖6所示，一種低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺，包括數(shù)據(jù)采集部分、芯片數(shù)據(jù)處理部分、數(shù)據(jù)傳輸部分、直流電源部分、報(bào)警部分和低頻喚醒主控電路，數(shù)據(jù)采集部分包括光敏傳感器、溫濕度傳感器、振動傳感器，通過不同類型的傳感器采集相應(yīng)的信號；芯片數(shù)據(jù)處理電路部分包括CC2530處理器，將采集來的模擬數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；數(shù)據(jù)傳輸部分包括RS232串口，將CC2530處理器處理過的信號通過串口輸送到上位機(jī)；直流電源部分包括電池，作為此實(shí)驗(yàn)平臺的動力驅(qū)動源，將能量提供給此平臺需要?jiǎng)恿Φ脑骷粓?bào)警部分包括報(bào)警電路，對所采集的信號值設(shè)定范圍，如果超出此范圍將產(chǎn)生報(bào)警信號；低頻喚醒主控電路包括AS3933低頻喚醒芯片，傳感器采集的信號包含一部分的無用雜波信號，通過此芯片將雜波信號濾除，在濾除雜波信號的過程中，能耗相對較高的處理器芯片及數(shù)據(jù)傳輸電路并不工作，起到一定的降低功耗作用。
[0015]振動傳感器與低頻喚醒主控電路連接，光敏傳感器、溫濕度傳感器分別與低頻喚醒主控電路連接，低頻喚醒主控電路與CC2530處理器連接，CC2530處理器一路與報(bào)警電路連接，另一路通過RS232串口與PC終端連接，電池為實(shí)驗(yàn)平臺供電。
[0016]本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)原理:
[0017]WSN的每一節(jié)點(diǎn)均包括數(shù)據(jù)采集、控制處理、通信和電源等。諸多節(jié)點(diǎn)構(gòu)成了 WSN。實(shí)踐監(jiān)測中，大量傳感器節(jié)點(diǎn)散布于被監(jiān)測區(qū)域，并基于無線協(xié)議使得各節(jié)點(diǎn)形成具有多跳性的自組織網(wǎng)絡(luò)，最后將監(jiān)測結(jié)果傳送到終端。
[0018]例如在遠(yuǎn)程監(jiān)測中，為了對一些數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，如:溫度、濕度、氣壓、光照、位置、聲音等信息，我們可以采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將大量廉價(jià)的終端傳感器分布在所要監(jiān)測的區(qū)域中，將數(shù)據(jù)采集信息實(shí)時(shí)傳遞給終端，使之能更為直觀地反應(yīng)觀測區(qū)域環(huán)境的狀態(tài)，并及時(shí)、準(zhǔn)確地進(jìn)行調(diào)整。
[0019]本實(shí)用新型的工作原理是，將低頻喚醒芯片加入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的低功耗喚醒功能。在對微控制器的工作狀態(tài)控制方面，通過對傳感器的信號進(jìn)行一定的分選，接收信號喚醒處理器芯片，并進(jìn)行自增益調(diào)整使得對接收信號的放大增益調(diào)整到適當(dāng)位置。