[發明專利]一種基于單片機的多用無線傳感器網絡平臺

有效

• 申請號: 201310245445.1
• 申請日: 2013-06-20
• 公開（公告）號: CN103365227A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 崔麗珍;李璋;李蕾;員曼曼
• 申請（專利權）人: 內蒙古科技大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 北京中譽威圣知識產權代理有限公司 11279
• 代理人: 蔣常雪

技術領域

本發明涉及一種網絡平臺，具體涉及一種基于單片機的多用無線傳感器網絡平臺。

背景技術

無線傳感器網絡節點硬件平臺主要由主控芯片、無線通信模塊及外圍電路等部分組成，一般具有體積小、成本低和功耗低等特點。目前常用硬件平臺按組成形式分為一體式與分體式兩種。一體式平臺主要是使用TI公司出品的CC2430、CC2530等主控原件與射頻單元合二為一的無線單片機制作的硬件設備；分體式平臺指主控單片機與無線射頻芯片相互獨立的硬件平臺，如早期ATmega128與CC2420組成的MicaZ節點，以及其它采用8051單片機與射頻模塊設計搭建的平臺等。

對于一體式硬件平臺，其工作效率高且性能好，適用于多種無線傳感器網絡環境。其缺點是硬件設計靈活性較差，無線通信頻率范圍固定不可選擇，主控芯片與射頻模塊無法實現自由組合。此外這類節點通常需配合TI原廠提供的包含內置操作系統的Z-STACK協議棧組件進行應用開發，進行此類編程設計時，開發人員不僅需掌握通用高級語言編程及單片機程序設計等相關技術，還需掌握操作系統相關知識，對于一般用戶而言只能制作簡單應用而不易進行二次深度開發；另外由Z-STACK協議棧組件編譯生成的目標代碼量較大，且其中包含很多無用組件的目標代碼，大幅度占用單片機程序空間，使開發者無足夠空間存儲用戶自主開發程序代碼。此外，基于TI無線單片機設計的硬件節點由于器件成本較高，且電路板部分涉及通用PCB設計技術及高頻電路布線等高端技術，導致此類節點造價相對較高。

對于分體式硬件平臺，其硬件設計靈活度較高，但隨著無線通訊模塊性能的不斷提升和人們對無線數據通信質量要求的不斷提高，目前這類平臺所選用的微處理器已無法滿足用戶需求，常用的8051核心的單片機是目前市場占有率最高的微處理器之一，這種芯片使用方便，芯片穩定性較好，但因其性能相對較差，只能應用于實現簡單數據采集系統，無法應用于復雜的無線傳感器網絡設備中；ATmega128等早期高性能AVR單片機因速度較慢及程序燒寫過程相對繁瑣等原因而較少應用于實用型無線傳感器網絡設備中；低功耗MSP430等工業單片機雖然性能較高，但因大部分用戶對此類芯片體系結構相對陌生，相應開發技術需專門學習，且其引腳驅動能力較差，因此這類芯片在大眾用戶中普及率相對較低；而STM32等低端ARM芯片雖然性能較好，使用也較為方便，但因其集成度較高，使其抗過載能力較差，在使用中若不加硬件隔離，一旦過載會造成擊穿導致芯片損壞，嚴重時會引起電源短路釀成嚴重后果，所以此類芯片多用在實驗性設備中；高端ARM芯片則因為成本因素，不適合應用于無線傳感器網絡系統中。

目前分體式硬件平臺和一體式硬件平臺的射頻模塊部分通常為綁定形式，即一種節點設計制作完成后只能固定搭配一種無線通信模塊；目前只有少數幾種分體式平臺可自由搭配射頻單元，其提供形式是在平臺主控板上一次性提供多種硬件接口供連接不同的無線射頻部分，但每次一般只用一種模塊，未使用的模塊插座既占用主控板面積空間，又使得電路板硬件布局雜亂。

除主控及無線部分以外，目前很多硬件平臺電源供給部分也存在問題。有些節點雖提供多種供電方式，但不同的供電方式大都采用跳線切換，使用較麻煩且影響節點硬件的使用壽命；而有些平臺則無切換裝置且不提供保護措施，若同時安裝了電池且連接了其他電源，則會造成外電源對干電池充電，容易造成爆炸，釀成事故。

綜上，目前常用無線傳感器網絡平臺均存在二次開發困難、主控單片機性能低下、無法實現自主搭配的缺點，為了滿足科研和生產的各種需求，需要一種便于二次開發、單片機性能較高、能夠實現硬件選擇搭配、高效安全的無線傳感器網絡平臺。

發明內容

本發明需要解決的技術問題就在于克服現有技術的缺陷，提供一種便于二次開發、單片機性能較高、能夠實現硬件選擇搭配、高效安全的無線傳感器網絡平臺。

為解決上述問題，本發明采用技術方案為：

一種基于單片機的多用無線傳感器網絡平臺，該網絡平臺包括單片機和無線通信模塊，為了便于換接不同的無線通信模塊，該網絡平臺還設有與單片機連接的射頻接口，該射頻接口通過數據線路與多種無線通信轉接板中的一個無線通信轉接板連接，每種無線通信轉接板設有一種以上用于與不同的無線通信模塊連接的轉接口；為了保護供電電路和電池電源，該網絡平臺設有用于切換電池電源和外接電路電源的電源自動切換電路。