[發(fā)明專利]一種雙頻無線傳感器節(jié)點(diǎn)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010258241.8
• 申請(qǐng)日: 2010-08-19
• 公開（公告）號(hào): CN101950472A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李士寧;李志剛;馬峻巖;楊志義
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G08C17/02
• 分類號(hào): G08C17/02;H04W84/18
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種長距離通信的無線傳感器節(jié)點(diǎn)。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是將大量的傳感器節(jié)點(diǎn)布置在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)，節(jié)點(diǎn)間通過無線通訊自組織而構(gòu)成的一種網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常由三個(gè)部分組成：傳感器節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和用戶管理節(jié)點(diǎn)。傳感器節(jié)點(diǎn)包括傳感數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔考?，每個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠采集其周圍環(huán)境的數(shù)據(jù)，如溫度、濕度、光強(qiáng)、震動(dòng)、磁場(chǎng)等等，各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間使用無線多跳方式通信，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過多跳后到達(dá)到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，最后由網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并通過互聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星傳送給用戶管理節(jié)點(diǎn)。用戶通過管理節(jié)點(diǎn)可以對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置和管理，發(fā)布監(jiān)測(cè)任務(wù)以及收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等。

從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上來看，傳感器網(wǎng)絡(luò)主要有兩種結(jié)構(gòu)：平面結(jié)構(gòu)和層次結(jié)構(gòu)。在平面結(jié)構(gòu)中，所有節(jié)點(diǎn)的地位是平等的，不存在任何等級(jí)差異。平面結(jié)構(gòu)具有較好的健壯性，但缺點(diǎn)是可擴(kuò)展性差。在層次結(jié)構(gòu)中，具有某種關(guān)聯(lián)的傳感器節(jié)點(diǎn)組成簇，并選舉簇頭節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)簇的管理。簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，而簇頭節(jié)點(diǎn)之間組成了更高一層的網(wǎng)絡(luò)。層次結(jié)構(gòu)具有較好的可擴(kuò)展性，在工程中得到了廣泛應(yīng)用。

目前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)普遍采用ZigBee技術(shù)，這是一種基于802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)的短距離、低功耗、低成本的無線通信技術(shù)，它工作在2.4GHz?ISM頻段上，傳輸距離為10m～75m。但是在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)簇頭節(jié)點(diǎn)之間距離較大時(shí)，采用Zigbee技術(shù)無法進(jìn)行通信。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)節(jié)點(diǎn)間通信距離短的不足，本發(fā)明提供一種雙頻無線傳感器節(jié)點(diǎn)，能夠加大節(jié)點(diǎn)通訊距離，有效解決現(xiàn)有Zigbee無線傳感器節(jié)點(diǎn)無法充當(dāng)簇頭節(jié)點(diǎn)的問題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和電源模塊，還包括兩個(gè)無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，其中一個(gè)是基于ZigBee的短距離無線通訊模塊，另一個(gè)是采用無線功率放大電路的遠(yuǎn)距離無線通訊模塊，所述遠(yuǎn)距離無線通訊模塊和短距離無線通訊模塊分別與數(shù)據(jù)處理模塊相接。數(shù)據(jù)采集模塊采集到周圍環(huán)境的數(shù)據(jù)后傳遞給數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行分析處理，然后根據(jù)需要選擇一個(gè)無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，進(jìn)行遠(yuǎn)距離或近距離的數(shù)據(jù)傳輸，電源模塊為上述各模塊供電。

所述遠(yuǎn)距離無線通訊模塊包括無線通訊芯片及無線射頻功率放大芯片；所述出具處理模塊的輸出結(jié)果經(jīng)無線通訊芯片處理后由無線射頻功率放大芯片進(jìn)行功率放大，然后通過天線發(fā)射。

所述遠(yuǎn)距離無線通訊芯片為CC1100芯片，所述無線射頻功率放大芯片為PA2460芯片。

所述短距離無線通訊模塊為與天線相接的CC2420芯片。

所述短距離無線通訊模塊與天線之間接有射頻輸入/輸出匹配電路IC1。

所述數(shù)據(jù)處理模塊為ATmega128L單片機(jī)。

所述電源模塊為電壓為1.5V的堿性電池。

所述遠(yuǎn)距離無線通訊模塊還包括兩個(gè)電子轉(zhuǎn)換開關(guān)芯片、一個(gè)平衡轉(zhuǎn)換器和兩個(gè)濾波電路，所述遠(yuǎn)距離無線通訊芯片依次與平衡轉(zhuǎn)換器、一個(gè)電子轉(zhuǎn)換開關(guān)芯片、一個(gè)濾波電路、無線射頻功率放大芯片、另一個(gè)濾波電路、另一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)芯片以及天線相接，用于需要功放的信號(hào)發(fā)射與不需要功放的信號(hào)接收兩個(gè)狀態(tài)的切換。

所述電子轉(zhuǎn)換開關(guān)芯片為SKY13270芯片。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明在充分發(fā)揮ZigBee技術(shù)的優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也能滿足簇頭節(jié)點(diǎn)之間長距離通信的需求。本發(fā)明以AVR單片機(jī)ATmega128L為核心，以無線收發(fā)模塊CC2420芯片和CC1100芯片加功放電路為無線通訊模塊，并結(jié)合外圍傳感器組成，因而通過本發(fā)明所述的雙頻無線傳感器節(jié)點(diǎn)所構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)，既可工作于2.4GHz基于ZigBee協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，也可工作于433MHz利用CC1100和功放電路進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信，具有很強(qiáng)的靈活性。通過本發(fā)明的應(yīng)用，使得無線傳感器節(jié)點(diǎn)同時(shí)具有遠(yuǎn)、近兩種通訊能力，并可以由軟件根據(jù)節(jié)點(diǎn)所處的實(shí)際情況對(duì)兩個(gè)無線通訊模塊進(jìn)行控制，具有很大的靈活性，同時(shí)也是對(duì)現(xiàn)有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所存在問題的一種解決方案。綜上所述，本發(fā)明設(shè)計(jì)新穎、合理且使用操作簡(jiǎn)便，能從加大節(jié)點(diǎn)通訊距離的角度有效解決現(xiàn)有無線傳感器節(jié)點(diǎn)所存在的能耗不均和瓶頸節(jié)點(diǎn)問題。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的電路框圖。

圖2為本發(fā)明數(shù)據(jù)處理模塊的電路原理圖。

圖3為本發(fā)明短距離無線通訊模塊的電路原理圖。

圖4為本發(fā)明遠(yuǎn)距離無線通訊模塊的電路原理圖。