[發明專利]一種用于航天器內環境監測的無線傳感器網絡系統

無效

• 申請號: 201110441220.4
• 申請日: 2011-12-26
• 公開（公告）號: CN102523632A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 周莉;曹松;安軍社
• 申請（專利權）人: 中國科學院空間科學與應用研究中心
• 主分類號: H04W84/18
• 分類號: H04W84/18
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;高宇

技術領域

本發明涉及航空電子網絡領域，更具體地涉及一種用于航天器內環境監測的無線傳感器網絡系統。

背景技術

目前航天器內環境參數的監測普遍采用時分制數據采集方式，系統由多個遠置采編單元和一個中心程序單元組成，遠置采編單元根據需要分布在航天器的各艙段、各設備，負責參數的遠端就近本地采集，并把采集后的編碼數據通過串口傳輸到中心單元，中心單元上配置有若干的遠置采編單元接口和數字量接口，它控制遠置采編單元的數據采集、傳輸以及所有遙測數據的綜合。

由于需要測量的參數多、分布廣，配置的遠置采編單元和數字量接口也多，隨之帶來中心單元上的采編單元接口和數字量接口數量較多的問題，每個接口上連接的電纜有十幾根，信號接入及轉接錯綜復雜，電纜和連接器多不僅造成了質量、體積、功耗方面的負擔，而且造成了布局布線的復雜，對于后期的測試、維修更是增加了難度。

發明內容

因此，本發明的目的在于提供一種用于航天器內環境監測的無線傳感器網絡系統，包括：本地網絡，即數據采集和傳輸網絡，采用無線組網技術來采集并傳輸航天器內的環境參數；網關，用于橋接本地網絡和星載數據網絡/總線，以實現二者之間的數據交換；星載數據網絡/總線，用于實現該總線上的終端之間及終端與星載計算機之間的通信；和星載計算機，用于處理本地網絡采集的傳感器數據并根據結果發出適當的指令。

本發明的用于航天器內環境監測的無線傳感器網絡系統設計擴展了星載數據總線的功能，有利于簡化航天器內用于環境監測的布局布線，從而減輕航天器的總體質量。

無線傳感器網絡在航天器內部典型的應用場景是航天器內環境和儀器設備健康參數的監測，包括溫度、濕度、壓強、輻射度等。本發明的一個優選實施例中，本地網絡采用目前廣泛應用于工業監測的ZigBee?Pro網絡技術，星載數據總線采用目前我國衛星上常用的1553B總線，兩個網絡之間的數據交換通過網關實現；網關由1553B總線接口單元、微處理器8051和串口接口單元組成，微處理器通過串口與ZigBee?Pro網絡的匯聚節點通信，來控制兩個網絡之間的數據交換；星載計算機采用插有1553B板卡的計算機模擬。

本地網絡采用ZigBee?Pro網絡，假設監測航天器的四個艙，每個艙內至少有三個終端設備，一個路由器；本地網絡采用ZigBee?Pro網絡的網狀網拓撲，多對一路由選擇/源路由的路由方式；本地網絡中只有一個協調器，即網絡的匯聚節點。ZigBee?Pro網絡功能的實現硬件采用TI公司的CC2530芯片，CC2530支持ZigBee和ZigBee?Pro兩個特性集；軟件采用TI公司的Z-Stack協議棧ZStack-CC2530-2.2.0-1.3.0。節點是本地網絡的基本組成單元，本地網絡的功能是通過一個個節點相互協作實現的。節點根據功能分為協調器、路由器、終端設備三種設備，它們采用相同的硬件，設備功能的區分通過軟件設置實現。節點設計分為硬件設計和軟件設計；硬件設計主要是芯片的選擇和電路的設計，軟件設計主要是ZigBee協議的選擇、網絡拓撲的設計和低功耗設計。

星載數據總線1553B總線是串行多路數據總線標準，采用指令/響應型通信協議。1553B總線能掛31個遠置終端，可以設置其中的一個終端來監測環境，與本地網絡連接，在本地網絡中可以設置若干個傳感器節點來采集信息，最終將數據傳送給匯聚節點，匯聚節點將整個傳感器網絡的數據傳送給網關。因此，用于監測航天器內的環境參數的本地網絡只需要占用一個1553B終端設備，不僅節約了緊張的1553B端口，而且大大增強了1553B總線的可擴展性。

網關是連接本地網絡和1553B總線的橋梁，作為1553B總線的一個終端設備，網關由1553B總線接口單元、微處理器8051和串口接口單元組成，微處理器通過串口與ZigBee?Pro網絡的匯聚節點通信，來控制兩個網絡之間的數據交換。1553B總線通信協議處理器為BU-61585S3，微處理器為Atmel89S52，微處理器管理網關的1553B通信，并通過串口與ZigBee?Pro網絡的協調器通信，串口芯片為MAX3232，波特率為38400bps。網關的設計分為硬件設計和軟件設計。軟件設計主要是微處理器的程序設計。