[發明專利]多功能無線傳感器網絡節點設備

無效

• 申請號: 200710023421.6
• 申請日: 2007-06-01
• 公開（公告）號: CN101068174A
• 公開（公告）日: 2007-11-07
• 發明（設計）人: 余旭濤;張在琛
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04L12/28
• 分類號: H04L12/28;H04Q7/20
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明是一種應用于無線傳感器網絡的節點設備，屬于無線通信和信息傳播技術領域。

背景技術

無線傳感器網絡是指由大量傳感器節點籍由無線通信的方式組成的信息傳播網絡，在軍事、工業、交通、安全、醫療、家庭和辦公環境等眾多場合有著非常廣泛的應用，是目前國內外研究和應用的熱點技術之一。

傳感器節點需要完成信息采集、處理和傳播的功能，同時要求成本低、體積小、功耗極低。傳感器節點一般由電池供電，在不更換電池的情況下要求能夠工作數月至數年之久。典型的傳感器節點包括信息采集模塊、信息處理模塊、無線通信模塊和電源模塊。如何在成本、體積和功耗的限制之下，實現傳感器節點，是無線傳感器網絡需要解決的關鍵技術之一。

傳感器節點的實現有多種途徑。采用超大規模集成電路技術，以片上系統(System?on?Chip，SoC)的方式，將信息采集模塊、信息處理模塊和無線通信模塊等集成在一片芯片上，能夠實現極低的單位成本和功耗，體積也非常小，是傳感器節點實現的最佳途徑之一。但采用這樣的方式，是以極大的節點需求量為前提的。而無線傳感器網絡的應用針對性很強，不同的網絡需要不同的傳感器節點。對不少無線傳感器網絡而言，用SoC的方式實現傳感器節點，在短期內是不現實的。另一種途徑是用已有的集成電路芯片和元器件分別實現傳感器節點的各部分模塊，比如“智能塵埃(Smart?Dust)”無線傳感器網絡系統[1]和“圖釘(Pushpin)”無線傳感器網絡系統[2]等，都采用了這樣的節點實現方式。這樣的方式，系統實現靈活，能夠針對具體的應用，較為方便地實現所需要的傳感器節點。

[1]J.M.Kahn，R.H.Katz，and?K.S.J.Pister，“Next?Century?Challenges：Mobile?Networking?for‘Smart?Dust’，”In?Proc.the?5^th?annual?ACM/IEEEinternational?conference?on?Mobile?computing?and?networking，pp.271-278.

[2]J.Lifton，Deva?Seetharam，M.Broxton，and?J.Paradiso，“PushpinComputing?System?Overview：A?Platform?for?Distributed，Embedded，Ubiquitous?Sensor?Networks，”In?Proc.Pervasive?Computing?2002，Agosto?2002.

發明內容

技術問題：本發明針對事件驅動型無線傳感器網絡，設計了具有測距、紅外感應、信息處理、無線傳輸等的多功能無線傳感器網絡節點設備，能夠組成無線傳感器網絡，偵測紅外溫度變化等事件。整個節點設備成本低、功耗小，實用價值高。

技術方案：本發明設計的無線傳感器網絡節點設備包括紅外感應器、紅外放大電路、處理器、外部接口電路、無線通信模塊、電源模塊；其中，紅外感應器、紅外放大電路、處理器順序串聯連接，處理器與外部接口電路、無線通信模塊分別雙向連接，電源模塊分別與各部分連接。

紅外感應器采用內置的熱釋電元件作為紅外感應源，并通過內置的菲泥爾濾光片將人體發射的紅外線增強后匯聚在紅外感應源上，使之在人體紅外輻射溫度變化時釋放電荷，形成弱電流。紅外放大電路將紅外感應器釋放的弱電流放大，使之能夠被后續電路處理。

紅外放大電路的輸出信號接入處理器。處理器采用Philips公司的P89LPC936微控制器作為控制單元。該微控制器包含有16K字節的閃存程序存儲器，768字節的隨機存取存儲器，內置7.373MHz阻容振蕩器(亦可使用外接振蕩器)，指令執行時間一般2-4個時鐘周期。P89LPC936功耗、成本較低，并支持正常、掉電、完全掉電等工作模式，完全掉電時的工作電流僅為1uA左右。處理器與外部接口電路相連，外部接口電路提供節點與外部交換信息的串口電路和控制電路。

處理器將檢測到的紅外信號放在數據包中，通過無線通信模塊發送出去。無線通信模塊基于ADI公司的ADF7020-1芯片設計、實現。系統工作在434MHz頻段，輸出功率從-15dBm到13dBm可調。

在無線傳感器網絡中，節點設備還接收、處理其它節點發來的信息。此時，其它節點發來的數據包由無線通信模塊接收，將其中的信息傳輸給處理器，處理器對信息進行處理后，根據信息的內容，或者使用此信息，或者將信息再通過無線通信模塊轉發出去。