專利名稱：多收發(fā)器微型超低功耗智能無線傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種通信領(lǐng)域中用于構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的裝置，具體涉 及一種多收發(fā)器微型超低功耗智能無線傳感器。
技術(shù)背景隨著通信技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)和傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展和日益成熟，具 有感知能力、計算能力和通信能力的微型傳感器開始在世界范圍內(nèi)出現(xiàn)。由這 些微型傳感器構(gòu)成的傳感器網(wǎng)絡(luò)引起了人們的極大關(guān)注，這種傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合 了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和通信技術(shù)，能夠協(xié)作 地實時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對 這些信息進行處理，獲得詳盡而準確的信息，傳送到需要這些信息的用戶，傳感 器網(wǎng)絡(luò)可以使人們在任何時間、地點和任何環(huán)境條件下獲取大量詳實而可靠的 信息，因此這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以被廣泛地應(yīng)用于國防軍事、國家安全、環(huán)境監(jiān)測、 交通管理、醫(yī)療衛(wèi)生、制造業(yè)、反恐抗災(zāi)等領(lǐng)域。傳感器網(wǎng)絡(luò)是信息感知和采 集的一場革命。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)的巨大應(yīng)用價值，它已經(jīng)引起了世界許多國家的軍事部門、 工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的極大關(guān)注。美國自然科學(xué)基金委員會2003年制定了傳感器網(wǎng) 絡(luò)研究計劃，投資34 000 000美元，支持相關(guān)基礎(chǔ)理論的研究。美國國防部和各 軍事部門都對傳感器網(wǎng)絡(luò)給予了高度重視，在C4ISR的基礎(chǔ)上提出了C4KISR計 劃，強調(diào)戰(zhàn)場情報的感知能力、信息的綜合能力和信息的利用能力，把傳感器 網(wǎng)絡(luò)作為一個重要研究領(lǐng)域，設(shè)立了一系列的軍事傳感器網(wǎng)絡(luò)研究項目。美國 英特爾公司、美國微軟公司等信息工業(yè)界巨頭也開始了傳感器網(wǎng)絡(luò)方面的工作， 紛紛設(shè)立或啟動相應(yīng)的行動計劃，日本、英國、意大利、巴西等國家也對傳感 器網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出了極大的興趣，紛紛展幵了該領(lǐng)域的研究工作。傳感器網(wǎng)絡(luò)是由一組傳感器以AdHoc方式構(gòu)成的有線或無線網(wǎng)絡(luò)，其目的 是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)布給 觀察者。傳感器、感知對象和觀察者是傳感器網(wǎng)絡(luò)的3個基本要素；有線或無線網(wǎng)絡(luò)是傳感器之間、傳感器與觀察者之間的通信方式，用于在傳感器與觀察者 之間建立通信路徑；協(xié)作地感知、采集、處理、發(fā)布感知信息是傳感器網(wǎng)絡(luò)的 基本功能。 一組功能有限的傳感器協(xié)作地完成大的感知任務(wù)是傳感器網(wǎng)絡(luò)的重 要特點，傳感器網(wǎng)絡(luò)中的部分或全部節(jié)點(傳感器)可以移動，傳感器網(wǎng)絡(luò)的 拓撲結(jié)構(gòu)也會隨著節(jié)點的移動而不斷地動態(tài)變化，節(jié)點間以Ad Hoc方式進行通 信，每個節(jié)點都可以充當(dāng)路由器的角色，并且每個節(jié)點都具備動態(tài)搜索、定位 和恢復(fù)連接的能力。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個關(guān)鍵問題是傳感器節(jié)點的實現(xiàn)問題，在無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點一般由電池供電，而且傳感器數(shù)量大、分布范圍廣，需要 分布在各種各樣不同的環(huán)境中，如敵對區(qū)域、危險區(qū)域、人跡罕至或無人區(qū)域， 在這些環(huán)境中，傳感器節(jié)點維護十分困難甚至不可維護，因此能夠長期在不同 環(huán)境下(尤其是惡劣環(huán)境)工作的微型傳感器是實現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵問題。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種用于構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的具有多個無線通 信模塊的微型、超低功耗，并且實現(xiàn)在不同環(huán)境下長期、穩(wěn)定、可靠地工作， 并提供較強的通信、處理和大數(shù)據(jù)量的存儲能力的多收發(fā)器微型超低功耗智能 無線傳感器。上述的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)一種多收發(fā)器微型超低功耗智能無線傳感器， 一組處理器板和與其連接的 一組傳感器板，所述的傳感器板上裝有傳感器模塊，所述的處理器板上裝有一 組無線傳輸模塊、主控模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、電源管理模塊、數(shù)據(jù)接口模塊， 所述的主控模塊通過數(shù)據(jù)總線與所述的無線傳輸模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、電源管 理模塊相連，通過數(shù)據(jù)接口模塊和傳感器模塊相連。上述的多收發(fā)器微型超低功耗智能無線傳感器，所述的主控模塊由一個單片微控制器Ul和LED狀態(tài)指示單元組成，所述的微控制器Ul是該裝置的核心控制部分，用來控制無線傳輸模塊、傳感器模塊、外部數(shù)據(jù)存儲器模塊、電源管理模塊、數(shù)據(jù)接口模塊，所述的LED狀態(tài)指示單元由三個LED和單片微 控制器U1相連，作為系統(tǒng)工作狀態(tài)的外部指示。上述的多收發(fā)器微型超低功耗智能無線傳感器，所述的兩個無線傳輸模塊，每個無線傳輸模塊由一個單片無線收發(fā)器和一個PCB天線組成，其按照主控模塊的要求控制數(shù)據(jù)的無線傳輸，所述的無線模塊通過數(shù)據(jù)總線直接與主控模塊的U1相連接。上述的多收發(fā)器微型超低功耗智能無線傳感器，所述的無線模塊同時使用 不同的頻道進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。上述的多收發(fā)器微型超低功耗智能無線傳感器，所述的傳感器模塊由噪聲 采集單元、溫度采集單元、光強采集單元、磁力采集單元和加速度采集單元、 放大電路和電子開關(guān)構(gòu)成。上述的多收發(fā)器微型超低功耗智能無線傳感器，所述的數(shù)據(jù)存儲器模塊由 U12構(gòu)成，通過SPI接口與單片微處理器U1相連。上述的多收發(fā)器微型超低功耗智能無線傳感器，所述的電源管理模塊由電 源管理芯片1)4構(gòu)成，電源管理芯片U4通過和單片微處理器Ul相連的信號線。上述的多收發(fā)器微型超低功耗智能無線傳感器，所述的數(shù)據(jù)接口模塊由 JTAG接口、 UART串行數(shù)據(jù)接口構(gòu)成。這個技術(shù)方案有以下有益效果1. 本實用新型傳感器結(jié)構(gòu)中的主控模塊通過數(shù)據(jù)總線直接與溫濕度傳感器、 光強傳感器相連接。使系統(tǒng)在不另加傳感器模塊的情況下，也能實現(xiàn)溫濕度、 光強信息的釆集，增加無線通信的帶寬，減少無線通信沖突，提高數(shù)據(jù)通信的 實時性、可靠性和吞吐量，降低無線通信的能量消耗。2. 本實用新型傳感器，具有兩個可獨立工作的無線傳輸模塊，并且該傳感器 所有器件均采用低功耗器件，主控模塊、無線傳輸模塊、傳感器模塊均可通過 編程單獨控制它們的工作狀態(tài)，其中主控模塊可工作于活動和低功耗狀態(tài)，在 活動狀態(tài)下，可以通過頻率選擇，使微控制器Ul在32kHz、 1MHZ、 4MHz和 8MHz四個主頻率或者分頻進行工作；兩個無線傳輸模塊可以工作于活動、低 功耗和掉電三個狀態(tài)，在活動狀態(tài)下，可以通過選擇使無線模塊工作在18db、 10db、 6db、 Odb四種發(fā)射功率；多個傳感器模塊和傳感器都可以工作于活動和 斷電二個狀態(tài)，并可通過編程獨立控制其狀態(tài)，各個傳感器還可以通過編程控 制其采樣頻率，從而降低傳感器的能量消耗；通過編程控制節(jié)點的工作狀態(tài)，可以使節(jié)點在不同的情況下工作在最低功耗狀態(tài)，從而實現(xiàn)整個節(jié)點的低功耗。3. 本實用新型傳感器，同時具有無線通信、計算、存儲和傳感器功能，且多個無線模塊可以同時工作，同時進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，其無線通信距離不小 于100米，存儲能力大于8M字節(jié)。4. 本實用新型傳感器，可以低電壓、超低功耗工作，其最低工作電壓為0.87V， 在待機狀態(tài)下，工作電流〈8uA，低功耗工作狀態(tài)，工作電流〈500uA。使用2 節(jié)AA電池供電，最長可工作2年以上。5. 本實用新型傳感器，其中所述的傳感器模塊采用物理上獨立、分離、多層 結(jié)構(gòu)設(shè)計，這不但有利于節(jié)點的微型化，而且使傳感器模塊具有良好的可擴展 性，可以根據(jù)需要單獨更換或增加傳感器，目前的傳感器模塊最多可支持32個 傳感器。6. 本實用新型傳感器，無線傳輸模塊采用peb天線設(shè)計，增強了系統(tǒng)通信 的穩(wěn)定性、可靠性和對外界噪聲的抗干擾能力，所有器件均采用工業(yè)級的芯片， 提高了系統(tǒng)的抗干擾性、可靠性和溫度適應(yīng)范圍，使其能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的工 作環(huán)境；無線傳輸模塊具有獨特的載波監(jiān)測輸出、地址匹配輸出、就緒輸出功 能，不但能有效地避免無線通信碰撞，而且還可通過軟件設(shè)定地址，使節(jié)點只 有在收到本機地址時才接收數(shù)據(jù)，非常適合點對點、點對多點無線通信，無線 模塊內(nèi)置完整的通信協(xié)議和CRC，通過SPI即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。7. 本實用新型傳感器，擺脫了時間、地點、條件和供電能力的限制，可在任 何時間、任何地點、任何條件下協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息。8.本產(chǎn)品的主要特點是多個無線傳輸模塊可以同時進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收， 增加無線通信的帶寬，減少無線通信的能量消耗，提高數(shù)據(jù)通信的實時性、可 靠性和吞吐量，降低無線通信的能量消耗，延長整個網(wǎng)絡(luò)的壽命，它同時具有 無線通信、計算、存儲和傳感器功能，可同時進行多路無線通信，它突破了地 域和能源的限制，能夠以無線AdHoc方式構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了協(xié)作地 感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域中感知對象的信息，并與上位機進行數(shù)據(jù) 通信。


圖1是本產(chǎn)品處理板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本產(chǎn)品的傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是主控模塊的原理圖；圖5是無線傳輸模塊的原理圖;、圖6是電源模塊和存儲器模塊的原理閣；圖7是傳感器模塊中的噪聲，光和溫度采集部分的原遒圖； 圖8是傳感器模塊中的磁力和加速度糴集的康理圖；圖9是數(shù)據(jù)接口模塊的原理圖。附圖中電路芯片上或線路上具有相同或相同數(shù)字的線路之間具有連接關(guān)系。
具體實施方式
實施例1:如附圖1所示， 一種多收發(fā)器微型超低功耗智能無線傳感器，其組成包括:殼體，所述的殼體內(nèi)裝有電路板，所述的電路板上裝有一組無線傳輸模塊、主 控模塊、傳感器模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、電源管理模塊、數(shù)據(jù)接口模塊，所述的 主控模塊通過數(shù)據(jù)總線與所述的兩個無線傳輸模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、電源管理模塊相連，通過數(shù)據(jù)模塊接口 Jl、 J2、 J3和傳感器模塊相連，主控模塊通過數(shù) 據(jù)總線直接與溫濕度傳感器、光強傳感器相連接。使系統(tǒng)在不另加傳感器模塊 的情況下，也能實現(xiàn)溫濕度、光強信息的采集。主控模塊主要由一個單片超低功耗微控制器Ul和LED狀態(tài)指示單元組成。 Ul是該裝置的核心控制部分，用來控制無線傳輸模塊、傳感器模塊、外部數(shù)據(jù) 存儲器模塊、電源管理模塊、數(shù)據(jù)接口模塊，使各個模塊按照預(yù)定的模式進行 工作。LED狀態(tài)指示單元由三個LED和單片微控制器相連，作為系統(tǒng)工作狀 態(tài)的外部指示。所述的兩個無線傳輸^^塊，每個無線傳輸模塊主要由一個單片無線收發(fā)器 和一個PCB天線組成，其主要功能是按賜主控模塊的要求控制數(shù)據(jù)的無線傳輸, 無線模塊通過數(shù)據(jù)總線直接與主控模塊的Ul相連接,多個無線模塊可以同時使 用不通的頻道進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，增加無線通信的帶寬，減少無線通信沖突，提高數(shù)據(jù)通信的實時性、可靠性和吞吐量，降低無線通信的能量消耗。傳感器模塊主要由噪聲采集單元、溫度采集單元、光強采集單元、磁力采集 單元和加速度釆集單元、放大電路和電子開關(guān)等構(gòu)成。噪聲采集單元應(yīng)用麥克 MO采集外界噪聲，經(jīng)過放大器U6放大后，傳輸給接口J12;溫度采集單元應(yīng) 用集成溫度傳感器U7采集外界溫度，然后直接傳輸給接口 J12;光強采集單元應(yīng)用光敏電阻RT1采集光強信號，然后直接傳輸給接口 J12;磁力強弱采集單 元應(yīng)用雙軸磁力傳感器U9采集平面上X軸和Y軸的磁場強弱信號，經(jīng)過放大 器U10處理后，然后直接傳輸給接口 J12，加速度采集單元應(yīng)用加速度傳感器U8 采集平面上X軸和Y軸兩個方向上的加速度的變化情況。所有匯集到J12的信 號，都需要通過J12傳輸給單片微處理器U1進行下一步處理。接口J1 、 J2、 J3和J12相接，作為微處理器U1和傳感器板之間信號傳輸?shù)耐ǖ?，單片微?理器Ul通過J3控制傳感器板上的各個信號采集單元。Jl和J12相聯(lián)，作為傳 感器板向單片微型處理器IJ1傳輸它所采集信號的通道，這些信號在單片微處理 器內(nèi)部進行A/D轉(zhuǎn)換、處理，然后進行存儲或轉(zhuǎn)發(fā)；Jl、 J2、 J12、 J13把分離的微處理器板和傳感器板連接起來，由于Jl、 J2 和J12、 J13分別位于微處理器板和傳感器板的兩側(cè)，使得微處理器板和傳感器 板形成穩(wěn)定的多層結(jié)構(gòu)。傳感器板上的電子開關(guān)U5，根據(jù)單片微處理器的信號 決定是否給各個傳感器單元模塊進行供電；外部數(shù)據(jù)存儲器模塊主要由U12構(gòu)成，它通過SPI接口與單片微處理器 Ul相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的大容量存儲；電源管理模塊主要由U4構(gòu)成，負責(zé)管理整個裝置的供電。電源管理芯片 U4通過和單片微處理器U1相連的信號線，檢測電源的健康狀況，并且根據(jù)需 要對電源進行智能控制，實現(xiàn)穩(wěn)定的供電；數(shù)據(jù)接口模塊主要由J7、 J5構(gòu)成，其中J7是JTAG接口， J5是UART 串行數(shù)據(jù)接口，單片微控制器U1通過J7和外接的JTAG編程器，實現(xiàn)U1的 在線編程。單片微控制器U1通過J5和上位機的UART串行數(shù)據(jù)接口連接，實 現(xiàn)傳感器節(jié)點和上位機之間的數(shù)據(jù)通信。實施例2:由圖2-9可知，本實用新型的微處理器U1是傳感器的核心單元，主要用于感知數(shù)據(jù)的處理和存儲，以及感知數(shù)據(jù)的采集、無線收發(fā)、能量管理和電源管理等的控制。為了降低功耗，本實用新型采用美國TI公司的超低功耗微處理器 芯片MSP430F1611芯片，它具有16位RISC結(jié)構(gòu)，CPU中的16位寄存器和 常數(shù)發(fā)生器使MSP430微處理器能達到最高的代碼效率；靈活的時鐘源可以使 器件達到最低的功率消耗，數(shù)字控制的振蕩器(DCO)可使器件從低功耗模式 迅速喚醒，在少于6us的時間內(nèi)激活到活躍的工作方式。兩個內(nèi)置的16位定時 器， 一個快速12位A/D轉(zhuǎn)換器。由圖2可知，單片微處理器U1采用雙晶振設(shè) 計，在通常工作狀態(tài)下，使用外部8M高速晶振，通過分頻也可以在1MHZ、 4MHz狀態(tài)下工作，而低功耗時則啟用低速32.768k晶振，使系統(tǒng)進入低功耗運 行狀態(tài)。系統(tǒng)可應(yīng)用自身的12位A/D轉(zhuǎn)換器，對外接信號進行采集。ADC0采 集3v電池的健康狀況，ADC1用來采集溫度信號，ADC2用來采集光強信號， ADC3用來采集X軸的振動強弱，ADC4用來采集Y軸的振動情況，ADC5用 來采集外界噪聲的大小，ADC6用來采集X軸磁力強弱的變化，ADC7用來采 集Y軸磁場變化情況；1NT1 ， INT2為光敏傳感器和溫度傳感器提供工作電壓， INT3， INT4為磁力傳感器的使能信號；IN5， INT6， INT7分別控制噪聲，磁 力加速度，磁力的電源信號。圖2中R32和R33為A/D轉(zhuǎn)化通道提供外部參考 電壓。DC—BOOST_SHUTDOWlN為控制電源關(guān)斷的控制信號，以便使電源工 作在低功耗模式，P3.0， P3.1， P3.2, P33的SPI功能作為連接外部數(shù)據(jù)存儲器 的通道，P3.4, P3.5為和上位機通信的串行口。 P4.0—P'5.3為U2的控制信號線。 P5.4—P5.6分別控制外部連接的LED用來觀察節(jié)點的工作狀態(tài)。RET， TDO， TDI, TCK, TMS為微處理器的JTAC編程口， Jl、 J3為控制板和傳感器板的 接口部分，分別和Jll， J12相連，J5為單片微處理器U1和上位機串行通信的 接口電路。圖5為無線傳輸模塊，其中U2是低功耗單片射頻收發(fā)器，工作電壓為1.9 3.6V，工作于2.4GHz頻道，頻道之間的轉(zhuǎn)換時間小于650us。 U2由頻率合成器、 接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器組成，不需外加聲表濾波器， 能夠自動處理字頭和CRC(循環(huán)冗余碼校驗)，使用SPI接口與微處理器通信。此 夕卜，m的功耗非常低，以-18dBm的輸出功率發(fā)射數(shù)據(jù)時電流只有7mA，工作于 接收模式時的電流為12.5111八，內(nèi)建空閑模式與關(guān)機模式，便于實現(xiàn)低功耗控制。112片內(nèi)集成了電源管理、晶體振蕩器、低噪聲放大器、頻率合成器、功率放大 器等模塊，曼徹斯特編碼/解碼由片內(nèi)硬件完成，無需月戶對數(shù)據(jù)進行曼徹斯特編碼，因此使用非常方便。無線傳輸模塊采用PCB天線，使無線傳輸模塊工作 更加穩(wěn)定，抗干擾性更強。如圖6所示，數(shù)據(jù)存儲器U12通過SPI數(shù)據(jù)線直接和單片微處理器相連，U12 為8M的Flash，實現(xiàn)了大數(shù)據(jù)量的存儲，它采用三線串行讀寫方式，讀寫方便快 捷，易于編程實現(xiàn)。電源模塊通過接口J14直接和兩節(jié)AA電池相連，通過開關(guān)S1控制電源的導(dǎo)通 與關(guān)閉，電源電壓通過ADCO連接到單片微處理器，使微處理器能實時檢測電源 的健康狀況。電源管理芯片U4為DC/DC轉(zhuǎn)換芯片，U4可以傳感器節(jié)點在較低的 電壓下工作，對于普通的兩節(jié)AA電池，只要電壓大于0.9V， U4就能通過DC/DC 轉(zhuǎn)換穩(wěn)定輸出33V電壓。在外部電源提供的電壓不低于2.0V時，或系統(tǒng)處于低 功耗狀態(tài)時，可以使電源模塊處于關(guān)閉模式，即使其工作在低功耗狀態(tài)，在關(guān) 閉模式下，外部電源不經(jīng)過U4的DC/DC轉(zhuǎn)換，直接給系統(tǒng)供電。U4的工作電流 為37nA，而在關(guān)閉模式下，只有2uA的控制電流。采用紅、黃、綠三個顏色的LED連接到微處理器，可以通過程序控制LED， 工作在不同的工作狀態(tài)，可以根據(jù)LED的狀態(tài)，判斷系統(tǒng)的工作狀態(tài)。如圖7所示，J1和J3為傳感器板和處理器板的J11和J12連接的接口， J11和J12 分別設(shè)置在處理器板的兩側(cè)，使得傳感器板和處理器板穩(wěn)定的連接。U5為控制 整個處理器板的能量的電源開關(guān)，可以根據(jù)微處理器U1的命令，使能處理器板 上的各個傳感器模塊。U6為語音放大芯片，直接連接到小麥克風(fēng)MO，將MO傳 遞過來模擬信號放大后，通過處理器板上的接口連接到微處理器U1進行A/D轉(zhuǎn) 換。對外界光強的采集是通過光敏電阻RT1實現(xiàn)的，由于采集的電壓信號適合 于微處理器的A/D轉(zhuǎn)換，所以直接對采集的電壓進行采集。通過U7進行溫度信 號的采集，采用集成元件降低系統(tǒng)的功耗，提高信號采集的精度和靈敏度。如圖8所示，加速度傳感器單元采用雙軸加速度采集芯片ADXL202采集水 平面上X， Y軸的加速度的變化，磁力傳感器HMC1052用來采集節(jié)點附近磁場 的變化，可以同時檢測兩個方向上磁場的變化，采集的信號經(jīng)過放大器放大后， 迸行A/D轉(zhuǎn)換。圖9為數(shù)據(jù)接口模塊，它釆用3V工作電壓的MAX3224進行電平轉(zhuǎn)換，J18和 傳感器板上的J5相連，實現(xiàn)微處理器和上位機的串行通信。 實施例3:本實用新型的工作原理和功能微處理器是節(jié)點的核心，它控制著節(jié)點所有的活動。根據(jù)不同的應(yīng)用，節(jié)點 大體可分為兩類， 一類直接和上位計算機相連，是網(wǎng)絡(luò)中的根節(jié)點。另一類為 普通的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。普通的節(jié)點的工作原理如下(1) 系統(tǒng)上電后，初始化微處理器，設(shè)置定時器，關(guān)斷電源，然后使之進 入低功耗模式。(2) 定時時間到，自動激活微處理器，微處理器啟動電源模塊，使其為整 個系統(tǒng)供電。(3) 微處理器初始化無線收發(fā)模塊使之工作在接收模式，檢測是否有信號。 如沒有信號則轉(zhuǎn)向步驟(6);如果有信號則接收、存儲數(shù)據(jù)。(4) 微處理器根據(jù)信號的指令執(zhí)行相應(yīng)的操作，使能各個傳感器模塊，采 集相關(guān)的環(huán)境信息，存儲采集的信息。(5) 為處理根據(jù)一定的算法處理接收到的數(shù)據(jù)和自己采集的環(huán)境信息。再 按照一定的路由協(xié)議將得到的信息進行轉(zhuǎn)發(fā)。(6) 微處理器開定時器，關(guān)斷電源，進入低功耗模式。 根節(jié)點直接和上位機相連，首先是接收計算機的命令，然后按照上位機給出的路由算法向自己附近的節(jié)點發(fā)送命令，然后等待網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點反饋回所需 要的信息，供給上位計算機使用。
權(quán)利要求1. 一種多收發(fā)器微型超低功耗智能無線傳感器，其組成包括一組處理器板和與其連接的一組傳感器板，其特征是所述的傳感器板上裝有傳感器模塊，所述的處理器板上裝有一組無線傳輸模塊、主控模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、電源管理模塊、數(shù)據(jù)接口模塊，所述的主控模塊通過數(shù)據(jù)總線與所述的無線傳輸模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、電源管理模塊相連，通過數(shù)據(jù)接口模塊和傳感器模塊相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多收發(fā)器微型超低功耗智能無線傳感器，其特征是: 所述的主控模塊由一個單片微控制器Ul和LED狀態(tài)指示單元組成，所述的微 控制器U1是該裝置的核心控制部分，用來控制無線傳輸模塊、傳感器模塊、外 部數(shù)據(jù)存儲器模塊、電源管理模塊、數(shù)據(jù)接口模塊，所述的LED狀態(tài)指示單元 由三個LED和單片微控制器Ul相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多收發(fā)器微型超低功耗智能無線傳感器,其特征 是所述的兩個無線傳輸模塊，每個無線傳輸模塊由一個單片無線收發(fā)器和一 個PCB天線組成，其按照主控模塊的要求控制數(shù)據(jù)的無線傳輸，所述的無線模 塊通過數(shù)據(jù)總線直接與主控模塊的Ul相連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多收發(fā)器微型超低功耗智能無線傳感器，其特征是 所述的無線模塊同時使用不同的頻道進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多收發(fā)器微型超低功耗智能無線傳感器，其特征是:所述的傳感器模塊包括與所述的數(shù)據(jù)接口模塊相連接的噪聲采集單元、溫度采集單元、光強采集單元、磁力采集單元和加速度采集單元、放大電路和電子 開關(guān)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多收發(fā)器微型超低功耗智能無線傳感器，其特征是所述的數(shù)據(jù)存儲器模塊包括U12,所述的U12通過SPI接口與單片微處理器Ul 相連。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多收發(fā)器微型超低功耗智能無線傳感器，其特征是: 所述的電源管理模塊由電源管理芯片U4構(gòu)成，電源管理芯片U4通過和單片微 處理器U1相連的信號線。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多收發(fā)器微型超低功耗智能無線傳感器，其特征是 所述的數(shù)據(jù)接口模塊包括JTAG接口和與其連接的UART串行數(shù)據(jù)接口。
專利摘要多收發(fā)器微型超低功耗智能無線傳感器，在現(xiàn)代的通信技術(shù)領(lǐng)域中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個關(guān)鍵問題是傳感器節(jié)點的實現(xiàn)問題，但是對于一些特殊的環(huán)境中傳感器節(jié)點維護十分困難甚至不可維護。因此需要一種多收發(fā)器微型超低功耗智能無線傳感器，一組處理器板(2)和與其連接的一組傳感器板(1)，所述的傳感器板(1)上裝有傳感器模塊(8)，所述的處理器板上裝有一組無線傳輸模塊(4)、主控模塊(6)、數(shù)據(jù)存儲模塊(5)、電源管理模塊(7)、數(shù)據(jù)接口模塊(3)，所述的主控模塊(6)通過數(shù)據(jù)總線與所述的無線傳輸模塊(4)、數(shù)據(jù)存儲模塊(5)、電源管理模塊(7)相連，通過數(shù)據(jù)接口模塊(3)和傳感器模塊(8)相連。本實用新型用于無線電通信中。
文檔編號G08C17/00GK201100896SQ200620166958
公開日2008年8月13日 申請日期2006年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月31日
發(fā)明者輝 徐, 李建中, 李金寶 申請人:黑龍江大學(xué);哈爾濱工業(yè)大學(xué)