[發(fā)明專利]嵌入式無線傳感網(wǎng)絡(luò)智能平臺

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710036838.6
• 申請日: 2007-01-25
• 公開（公告）號: CN101232417A
• 公開（公告）日: 2008-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王小軍;鄭琰
• 申請（專利權(quán)）人: 上海研祥智能科技有限公司
• 主分類號: H04L12/28
• 分類號: H04L12/28;G05B19/418;H04Q7/22
• 代理公司: 上海翼勝專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 翟羽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及嵌入式無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，尤其是涉及對分布式傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行智能集散控制和數(shù)據(jù)信息融合的嵌入式無線傳感網(wǎng)絡(luò)智能平臺。

背景技術(shù)

現(xiàn)代工業(yè)中，許多工業(yè)控制現(xiàn)場需大量使用不同種類的分布式傳感系統(tǒng)，進(jìn)行現(xiàn)場信息采集和控制，這些系統(tǒng)主要通過傳感器采集現(xiàn)場信息后，由信號線或電纜連接的方式，將傳感信息傳輸給中央控制單元進(jìn)行控制。傳感信號的采集采用接線的方式，對于許多場合，這種傳感控制系統(tǒng)存在布線困難、系統(tǒng)成本高、功耗大、維護(hù)困難且繁瑣、測量區(qū)域狹窄、可靠性差等缺點(diǎn)。

特別是對于有些控制領(lǐng)域，比如森林草原火情預(yù)防、大型橋梁監(jiān)控等，采用接線的方式進(jìn)行傳感信息采集難以實現(xiàn)。為滿足遠(yuǎn)距離信息采集、運(yùn)動目標(biāo)、危險區(qū)域、大范圍監(jiān)控、惡劣環(huán)境、無通信網(wǎng)絡(luò)等場合對智能傳感控制的需求，傳統(tǒng)的傳感系統(tǒng)將難以適用，因此必須采取一套可智能組網(wǎng)、功耗低且信道穩(wěn)定的高性能無線傳感的方式。

發(fā)明內(nèi)容

為滿足現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域?qū)Υ蠓秶⑦h(yuǎn)距離、低功耗、低成本、免維護(hù)等要求，解決傳統(tǒng)傳感系統(tǒng)存在的諸多缺點(diǎn)，本發(fā)明公布了一套基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的嵌入式智能無線傳感分布式控制智能平臺，該平臺基于嵌入式無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可根據(jù)不同的實際需要，將不同的傳感系統(tǒng)加載到該平臺上，采集現(xiàn)場傳感信息以無線網(wǎng)絡(luò)方式實時的發(fā)送給中央控制單元，可取代絕大多數(shù)現(xiàn)有的傳感控制系統(tǒng)，解決傳統(tǒng)傳感系統(tǒng)的諸多缺點(diǎn)，并具有可監(jiān)控移動目標(biāo)、分布大范圍分散目標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種嵌入式無線傳感網(wǎng)絡(luò)智能平臺，它由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、基站、無線網(wǎng)關(guān)、中央控制計算機(jī)組成。整個平臺的工作方法包括：

a.根據(jù)不同的實際控制需要，將相應(yīng)的傳感器加載到該智能平臺網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上，并根據(jù)需要，在組態(tài)軟件上修改相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)地址、傳感測量時間和測量精度等基本參數(shù)，智能平臺自動組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；

b.網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過其所加載的傳感器將工業(yè)現(xiàn)場所需監(jiān)控的信息采集，經(jīng)過放大、濾波、溫度補(bǔ)償電路等的處理，再通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換，將信號輸入到節(jié)點(diǎn)內(nèi)部處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；

c.節(jié)點(diǎn)采用射頻無線以及自組網(wǎng)的方式，將傳感數(shù)據(jù)智能選擇并發(fā)送到最近的節(jié)點(diǎn)或基站；

d.經(jīng)過中繼節(jié)點(diǎn)或基站，轉(zhuǎn)發(fā)到下一個中繼節(jié)點(diǎn)或基站，依次接力傳送；

e.通過上述方式，將數(shù)據(jù)以無線的方式發(fā)送到與中央控制計算機(jī)相連的無線網(wǎng)關(guān)；

f.中央控制計算機(jī)可根據(jù)控制需要，對系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和基站進(jìn)行在線現(xiàn)場編程，在線修改傳感測量、信息傳遞和系統(tǒng)控制方式；

g.節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)與基站、基站與中央控制設(shè)備采用雙向數(shù)據(jù)傳輸方式。

更具體的，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括傳感數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、射頻無線收發(fā)、電源四大模塊。

更具體的，無線網(wǎng)關(guān)包括數(shù)據(jù)處理、射頻無線收發(fā)、通信串口三大模塊。

更具體的，基站包括數(shù)據(jù)處理、射頻無線收發(fā)和電源三大模塊。

更具體的，平臺中節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)與無線網(wǎng)關(guān)之間的通信均采用基于IEEE?802.15.4的Zigbee通信協(xié)議棧標(biāo)準(zhǔn)和星-網(wǎng)狀結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)通信方式，通信協(xié)議棧包括物理層協(xié)議、數(shù)據(jù)鏈路層媒體接入控制(MAC)層協(xié)議、路由協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮f(xié)議、傳輸層協(xié)議和應(yīng)用層協(xié)議，對應(yīng)OSI網(wǎng)絡(luò)模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層。

更具體的，節(jié)點(diǎn)設(shè)計采用嵌入式操作和低電源管理方式，平臺絕大部分時間處于休眠狀態(tài)，工作時采用實時喚醒激發(fā)方式，節(jié)點(diǎn)的傳感數(shù)據(jù)采集模塊包括傳感器，放大、濾波、溫度補(bǔ)償前端電路和A/D轉(zhuǎn)換三個子模塊，平臺預(yù)留傳感器空位以作不同傳感開發(fā)需求而用；數(shù)據(jù)處理模塊包括微處理器Atmega?128L，數(shù)據(jù)和程序Flash存儲器，通信串口和I/O口四個子模塊；射頻無線收發(fā)模塊包括射頻收發(fā)器和天線兩個子模塊，射頻收發(fā)采用CC2420芯片；電源模塊采用低電源管理方式，用普通電池或鋰電池供電，包括電源、電平轉(zhuǎn)換和電源控制三個子模塊。

更具體的，無線網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)處理和射頻無線收發(fā)模塊與節(jié)點(diǎn)的相一致，通信串口由USB接口和以太網(wǎng)口兩個子模塊組成，無線網(wǎng)關(guān)通過通信串口與中央控制計算機(jī)相連。

更具體的，基站的數(shù)據(jù)處理和射頻無線收發(fā)模塊與節(jié)點(diǎn)的一致。

更具體的，無線傳感網(wǎng)絡(luò)智能平臺采用專門基于IEEE?802.15.4通信標(biāo)準(zhǔn)的開放式操作系統(tǒng)Tiny?OS和C/C++語言作為開發(fā)工具，對嵌入式網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處理功能、自組網(wǎng)方式及通信協(xié)議棧進(jìn)行程序設(shè)計，并開發(fā)出相配套的組態(tài)控制軟件。