專利名稱：無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，尤其是涉及一種無(wú)線傳感器節(jié)
點(diǎn)O
背景技術(shù)：
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)，是一個(gè)涉及多學(xué)科內(nèi)容的全新領(lǐng)域。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)最先起源于軍事領(lǐng)域，但是隨著技術(shù)的發(fā)展，目前已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、智能農(nóng)業(yè)、智能交通、樓宇監(jiān)控、倉(cāng)儲(chǔ)管理等領(lǐng)域，發(fā)展前景廣闊。從WSNs的應(yīng)用類別上，目前主要應(yīng)用于環(huán)境數(shù)據(jù)采集、安全監(jiān)測(cè)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)跟蹤定位。無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)是搭建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)硬件平臺(tái)，是一個(gè)擁有信號(hào)采集、 數(shù)據(jù)處理、無(wú)線通信等功能的微型嵌入式系統(tǒng)。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)使用環(huán)境的特殊性，相比一般的嵌入式設(shè)備，傳感器節(jié)點(diǎn)具有功耗低，尺寸小，成本低等特點(diǎn)。隨著低功耗無(wú)線電通信技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、微型傳感器技術(shù)及集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展和日益成熟，使得大量的、低成本的微型傳感器通過(guò)鏈路自組織成分布式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)成為現(xiàn)實(shí)。與MANTs不同，由于受到成本以及體積等原因的限制，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的處理能力、通信帶寬以及電池容量等資源更為有限。尤其是，在多數(shù)應(yīng)用中無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的能量無(wú)法得到補(bǔ)充，如被部署在敵后(指軍事領(lǐng)域)或者環(huán)境惡劣的地區(qū)中應(yīng)用。因此研究一種能夠有效利用資源，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)工作壽命并使用靈活的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)成為當(dāng)務(wù)之急。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種能夠延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)工作壽命并便于維修的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)。本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，其包括傳感器模塊，處理器模塊，無(wú)線通信模塊及電源模塊，所述處理器模塊與無(wú)線通信模塊安裝于計(jì)算和通信子板上，其中所述傳感器模塊與所述計(jì)算和通信子板分離安裝；所述處理器模塊與所述傳感器模塊連接，處理器模塊的主控芯片采用ATmegaUSL 微控制器；所述無(wú)線通信模塊與所述處理器模塊連接，無(wú)線通信模塊的射頻芯片采用CM20 收發(fā)芯片；所述電源模塊與所述傳感器模塊、處理器模塊、無(wú)線通信模塊分別連接，電源模塊采用電池。所述傳感器模塊是溫度、濕度、光敏、振動(dòng)、光強(qiáng)、氣體報(bào)警、磁阻及紅外數(shù)字傳感
3器中的任一種。所述傳感器模塊與所述微控制器中的傳感器接口連接。所述無(wú)線收發(fā)模塊與所述微控制器中的SPI通信接口、狀態(tài)控制接口分別連接。所述無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)還包含一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其分別與所述處理器模塊及電源模塊連接，采用512KB串行FLASHAT45DB041存儲(chǔ)器。所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與所述微控制器中的串行接口連接。本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)采用了模塊化的技術(shù)方案，其中的處理器模塊采用 ATmegal 128L微控制器，無(wú)線通信模塊采用CCM20無(wú)線傳輸芯片的傳感器節(jié)點(diǎn)，使本傳感器節(jié)點(diǎn)相比現(xiàn)有的傳感器節(jié)點(diǎn)，具有魯棒性，使用靈活，能耗低，使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。為進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的上述目的、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和效果，以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

圖1為本實(shí)用新型的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例的附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)主要包括四個(gè)模塊傳感器模塊1、處理器模塊2、無(wú)線通信模塊3和電源模塊4，其中處理器模塊2與無(wú)線通信模塊3安裝于計(jì)算和通信子板10上。傳感器模塊1，用于檢測(cè)被控信息的模塊，該數(shù)據(jù)采集傳感器模塊1與計(jì)算和通信子板10分離安裝，其模塊化的設(shè)計(jì)提高了節(jié)點(diǎn)在不同應(yīng)用中的靈活性，即可根據(jù)實(shí)際需要確定合適的傳感器，例可以采用溫度、濕度、光敏、振動(dòng)、光強(qiáng)、氣體報(bào)警、磁阻、紅外等傳感器中的任一種，以滿足不同的需要。由于本節(jié)點(diǎn)中下述電源模塊4為電池，要求傳感器模塊 1體積小、功耗低、外圍電路簡(jiǎn)單，宜采用不需要復(fù)雜信號(hào)調(diào)理電路的數(shù)字傳感器。處理器模塊2，與傳感器模塊1連接，用于控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的處理操作、路由協(xié)議、同步定位、功耗管理、任務(wù)管理等。本實(shí)施例中處理器模塊2的主控芯片采用ATMEL公司的ATmegal28L微控制器，它采用低功耗CMOS工藝生產(chǎn)，基于RISC結(jié)構(gòu)，具有片內(nèi)U8KB 的程序存儲(chǔ)器(Flash) ,4KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(SRAM)和4KB的EEPR0M，有8個(gè)10位ADC通道、 2個(gè)8位和2個(gè)16位硬件定時(shí)/計(jì)數(shù)器、8個(gè)PWM通道，具有可編程看門狗定時(shí)器和片上振蕩器、片上模擬比較器、JTAG、UART、SPI、I2C總線等接口。AI~megal28L可在多種不同模式下工作，除了正常操作模式外，還具有六種不同等級(jí)的低能耗操作模式，因此該微控制器適合于低能耗的應(yīng)用場(chǎng)合，尤其適用于本傳感器節(jié)點(diǎn)中使用。無(wú)線通信模塊3，與處理器模塊2連接，是無(wú)線收發(fā)模塊，負(fù)責(zé)與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線通信，交換控制信息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)。本實(shí)施例的無(wú)線通信模塊3的射頻芯片采用CM20 收發(fā)芯片，這是美國(guó)Chipcon公司推出的一款兼容2. 4GHzIEEE802. 15. 4的無(wú)線收發(fā)芯片。CCM20具有集成度高，工作電壓低、功耗低和靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，它具有以下特點(diǎn)基于 Chipcon公司的SmartRF03技術(shù)，以0. 18umCM0S工藝制成只需極少外部元器件，性能穩(wěn)定且功耗極低；采用了直接序列擴(kuò)頻方式，抗噪聲干擾能力強(qiáng)；MAC子層支持信息包處理、數(shù)據(jù)緩存、突發(fā)傳輸、地址識(shí)別、信道能量檢測(cè)、鏈路質(zhì)量指示和空閑信道評(píng)估等功能，從而可減輕主控制器負(fù)擔(dān)，可與低成本的控制器配合使用。CCM20的選擇性和敏感性指數(shù)都超過(guò)了 IEEE802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)的要求，可確保短距離通信的有效性和可靠性。電源模塊4，與所述傳感器模塊1、處理器模塊2、無(wú)線通信模塊3連接，采用電池供電。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可能工作在人煙稀少或人類無(wú)法到達(dá)的地區(qū)，所以大多只能采用電池供電，且一般不可能更換電池，因此，如何降低傳感器節(jié)點(diǎn)能耗是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究中最關(guān)心的問(wèn)題之一。上述CCM20收發(fā)芯片采用低電壓供電(2. IV 3. 6V)，同時(shí)，采用休眠模式，且從休眠模式被激活的時(shí)延短，因此有更多的時(shí)間處于休眠狀態(tài)，而處于休眠狀態(tài)時(shí)芯片的能耗極低，從而大大減少了能耗。CCM20收發(fā)芯片各狀態(tài)下的電流消耗典型值如下穩(wěn)壓器關(guān)閉為0. 02 μ Α,低電位模式為20 μ Α,空閑模式為似6 μ Α,接收模式為18. 8mA,發(fā)送模式 (輸出功率P = OdBm)為17. 4mA。上述ATmegal^L微控制器也是一款采用低電壓供電的芯片(2. 7V 5. 5V)。而且 ATmegal28L有6種睡眠模式空閑模式、ADC噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby 模式以及擴(kuò)展的^andby模式，可根據(jù)需要，通過(guò)軟件編程或硬件復(fù)位等方式來(lái)控制處理器進(jìn)入睡眠模式，節(jié)省能耗。同時(shí)，各種睡眠模式都有各自的喚醒源，當(dāng)有數(shù)據(jù)需要該微控制器處理時(shí)，便可由喚醒源將其喚醒，進(jìn)入工作狀態(tài)，一旦處理完成，再次進(jìn)入睡眠狀態(tài)。采用這種工作方式，處理器模塊2能夠最大限度地節(jié)約能耗。本無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)還包含數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器5，與所述處理器模塊2連接，由于無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的無(wú)線通信模塊3傳輸能力有限，加上傳感器節(jié)點(diǎn)工作的占空比非常小，很多數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)出去，所以需要有一個(gè)可管理的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)，暫存無(wú)線通信模塊3 自己采集的或需要轉(zhuǎn)發(fā)的其他節(jié)點(diǎn)采集來(lái)的數(shù)據(jù)。本實(shí)施例的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器5選用512KB串行FLASHAT45DB041存儲(chǔ)器，與普通的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器相比，該芯片具有功耗低、體積小、串行接口、外部電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，適合本傳感器節(jié)點(diǎn)使用。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器5與電源模塊4連接，由其 {共 ο如圖1所示，本實(shí)施例中的處理器模塊2主控芯片采用ATmegal28L微控制器，傳感器模塊1與該微控制器中的傳感器接口 21相連接；無(wú)線收發(fā)模塊3與該微控制器中的 SPI通信接口 22相連接，并且還與該微控制器中的狀態(tài)控制接口 23相連接，以控制其收發(fā)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器5與該微控制器中的串行接口對(duì)相連接。該微控制器中的ISP接口沈用來(lái)實(shí)現(xiàn)程序的下載；該微控制器中的JTAG接口 27用來(lái)下載仿真程序；該微控制器中的 UART接口 25通過(guò)RS232電路(未圖示)用來(lái)實(shí)現(xiàn)本傳感器節(jié)點(diǎn)與機(jī)站(未圖示)的連接， 再通過(guò)機(jī)站上的串口與PC相連，電源模塊4分別給傳感器模塊1、處理器模塊2、無(wú)線通信模塊3以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器5供電。本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來(lái)說(shuō)明本實(shí)用新型的目的，而并非用作對(duì)本實(shí)用新型的限定，只要在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)，對(duì)以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本實(shí)用新型的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，其特征在于包括傳感器模塊，處理器模塊，無(wú)線通信模塊及電源模塊，所述處理器模塊與無(wú)線通信模塊安裝于計(jì)算和通信子板上，其中所述傳感器模塊與所述計(jì)算和通信子板分離安裝；所述處理器模塊與所述傳感器模塊連接，處理器模塊的主控芯片采用ATmegal28L微控制器；所述無(wú)線通信模塊與所述處理器模塊連接，無(wú)線通信模塊的射頻芯片采用CM20收發(fā)芯片；所述電源模塊與所述傳感器模塊、處理器模塊、無(wú)線通信模塊分別連接，電源模塊采用電池。
2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述傳感器模塊是溫度、濕度、光敏、振動(dòng)、光強(qiáng)、氣體報(bào)警、磁阻及紅外數(shù)字傳感器中的任一種。
3.如權(quán)利要求1或2所述的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，其特征在于 所述傳感器模塊與所述微控制器中的傳感器接口連接。
4.如權(quán)利要求1所述的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述無(wú)線收發(fā)模塊與所述微控制器中的SPI通信接口、狀態(tài)控制接口分別連接。
5.如權(quán)利要求1所述的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)還包含一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其分別與所述處理器模塊及電源模塊連接，采用512KB串行FLASHAiMSDBiMl存儲(chǔ)器。
6.如權(quán)利要求5所述的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，其特征在于 所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與所述微控制器中的串行接口連接。
專利摘要一種無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，屬于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，解決現(xiàn)有傳感器節(jié)點(diǎn)工作壽命不長(zhǎng)及使用不靈活的問(wèn)題，本傳感器節(jié)點(diǎn)包括傳感器模塊，與傳感器模塊連接該處理器模塊，與處理器模塊連接的無(wú)線通信模塊及對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行供電的電源模塊。其中處理器模塊與無(wú)線通信模塊安裝于計(jì)算和通信子板上，傳感器模塊與計(jì)算和通信子板分離安裝；處理器模塊的主控芯片采用ATmega128L微控制器；無(wú)線通信模塊的射頻芯片采用C2420收發(fā)芯片。本傳感器節(jié)點(diǎn)具有魯棒性，使用靈活，能耗低，使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04W84/18GK201976261SQ201120069970
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者司昊杰 申請(qǐng)人:上海寬岱電訊科技發(fā)展有限公司