[發明專利]一種基于Arduino的無線傳感器網絡節點

在審

• 申請號: 201410598464.7
• 申請日: 2014-10-30
• 公開（公告）號: CN104333915A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 張茜;陳積明;程鵬
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H04W84/18
• 分類號: H04W84/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

技術領域

本發明涉及無線傳感器領域，特別是一種基于Arduino的無線傳感器網絡節點。

背景技術

無線傳感器網絡由大量具有通信、計算、感知能力的節點組成，通過無線通信方式形成自組織多跳的網絡系統，其目的是感知、采集和處理監測區域中對象的相關信息。無線傳感器網絡的特點是網絡中節點數目多，通信網絡常是自組織多跳網絡，相對較短的通訊距離，數據傳輸速率低，節點能量消耗低。這些特點使得無線傳感器網絡適合部署在需要大范圍、大規模的參數監測場合。

無線傳感器網絡中的節點具有一定的數據處理和存儲的能力，在能量上常常受限，配有無線數據收發端，根據需要增加傳感器以測量某些參數。節點的性能決定了網絡的成本、可靠性、通用性。本發明給出了一種低成本、低能耗、軟硬件裁剪性好、支持多種傳感器、易于二次開發的基于Arduino的無線傳感器網絡節點。

發明內容

本發明的目的是提供一種低成本、低能耗、軟硬件裁剪性好、支持多種傳感器、易于二次開發的無線傳感網絡節點，支持多跳、自組網、數據加密、故障自動恢復的通訊協議。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種基于Arduino的無線傳感器網絡節點，節點由微控制器、太陽能板、太陽能充電模塊、可充電鋰電池、穩壓模塊、實時時鐘模塊、射頻模塊、GPS定位模塊、若干傳感器探頭、能量管理模塊、射頻模塊LED指示燈、微控制器LED指示燈、防水盒和天線構成；?

所述穩壓模塊、實時時鐘模塊、射頻模塊、GPS定位模塊、能量管理模塊、微控制器LED指示燈與微控制器相連；天線、射頻模塊LED指示燈與射頻模塊相連；穩壓模塊、太陽能板、可充電鋰電池與太陽能充電模塊相連；每個傳感器探頭連接一種傳感器，所述傳感器選自溫濕度傳感器、大氣壓力傳感器、風速風向雨量傳感器、危險氣體傳感器或PM10傳感器；微控制器、太陽能充電模塊、可充電鋰電池、穩壓模塊、實時時鐘模塊、射頻模塊、GPS定位模塊、能量管理模塊、射頻模塊LED指示燈和微控制器LED指示燈置于防水盒內，天線、太陽能板和傳感器探頭置于防水盒外；

微控制器基于Arduino?Uno，芯片型號為Atmega328p，使用14.7456MHz晶振，工作電壓3.3V；微控制器上電后，先完成初始化工作，然后進入休眠操作，微控制器進入低功耗模式，直到實時時鐘模塊發送中斷信號，進入喚醒操作，微控制器進入正常模式，控制能量管理模塊打開GPS定位模塊和傳感器的電源，進入傳感器數據采樣操作，微控制器讀取GPS和傳感器的數據后，生成數據包，再控制能量管理模塊切斷GPS定位模塊和傳感器的電源，進入發送數據操作，射頻模塊發送數據，發送結束后微控制器進入休眠操作，完成微控制器一次數據發送流程；

射頻模塊選自XBee?S2或XBee?PRO?S2B，其串口通信速率為115200波特率；太陽能充電模塊給可充電鋰電池充電的同時給穩壓模塊供電，穩壓模塊給實時時鐘模塊、射頻模塊、GPS定位模塊、能量管理模塊、射頻模塊LED指示燈、微控制器LED指示燈、微控制器和傳感器供電；實時時鐘模塊內含有紐扣電池，用來記錄傳感器測量數據的時刻和發送中斷信號喚醒微控制器；射頻模塊負責傳感器數據包的發送和接收；GPS定位模塊給出節點的工作位置；能量管理模塊控制射頻模塊、GPS定位模塊、傳感器電源的開斷，同時配有升壓電路給工作在5V的傳感器供電，能量管理模塊控制升壓電路的開斷；射頻模塊LED指示燈顯示射頻模塊的工作狀態；微控制器LED指示燈顯示微控制器的工作狀態；

所述防水盒的面板上配有7個接口，分別是天線接口，電池開關，程序下載接口，兩個傳感器接口，太陽能板和USB復用充電口，通氣閥；天線接口用于將天線與射頻模塊相連；程序下載接口與微控制器的串口相連；電池開關控制太陽能充電模塊和穩壓模塊的開斷；程序下載接口僅在電池開關斷開的時候實現程序下載功能；傳感器接口用于將傳感器探頭與微控制器相連，傳感器探頭插到傳感器接口上；太陽能板和USB復用充電口將太陽能板或USB充電器和太陽能充電模塊相連，支持輸出5.5V~6V電壓的太陽能板和USB充電器充電；通氣閥保證防水盒內外氣壓平衡，同時水汽不會進入盒內。

進一步地，所述射頻模塊的通訊協議選用ZigBee，支持多跳、自組網、數據加密、故障自動恢復、休眠等操作；根據射頻模塊節點類型參數設置的不同，節點分為終端節點和路由節點。