CN101426290A - 一种通用无线传感器网络节点设备 - Google Patents

一种通用无线传感器网络节点设备 Download PDF

Info

Publication number
CN101426290A
CN101426290A CNA2007100562386A CN200710056238A CN101426290A CN 101426290 A CN101426290 A CN 101426290A CN A2007100562386 A CNA2007100562386 A CN A2007100562386A CN 200710056238 A CN200710056238 A CN 200710056238A CN 101426290 A CN101426290 A CN 101426290A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wireless sensor
universal
sensor network
node
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA2007100562386A
Other languages
English (en)
Inventor
陈娣
李宝华
安宝玉
宋颖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JINLIN MANBO SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Original Assignee
JINLIN MANBO SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JINLIN MANBO SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd filed Critical JINLIN MANBO SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Priority to CNA2007100562386A priority Critical patent/CN101426290A/zh
Publication of CN101426290A publication Critical patent/CN101426290A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

本发明涉及无线传感器网络技术与数据采集领域,公开了一种无线传感器网络通用节点设备,包括:无线射频收发单元,用于实现与无线传感器网络中其它节点以及基站之间的通信;微处理器单元,用于控制无线传感器网络中通用节点之间的通信,实现各种计算;通用传感器接口单元,用于为各种专用的传感器节点提供合适的接口;通用外部接口单元,用于通用节点与外部PC机的连接,实现上位机与通用节点的通信;电源管理单元,用于对通用节点中各单元的供电,检测电源的健康状况。利用本发明,实现了满足无线传感器网络节点最小功能集的通用节点,包括计算功能和网络功能;实现了多种类型传感器节点的快速开发;实现了支持多种协议的无线传感器网络的快速搭建;满足了无线传感器网络节点通用性要求。

Description

一种通用无线传感器网络节点设备
技术领域
本发明涉及无线传感器网络技术与数据采集领域,尤其涉及一种 无线传感器网络的节点设备。 背景技术
无线传感器网络(Wireless Sensor Network,简称WSN )被认为 是21世纪最重要的技术之一,是众多的传感器通过无线通信的方式, 相互联系,处理、传递信息的网络。该网络综合了传感器技术、嵌入 式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术,可以实时监测、感知 和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息,并对这些信息 进行处理,传送给所需用户。无线传感器网络在军事、工业、交通、 安全、医疗、探测以及家庭和办公环境等很多方面都有着广泛的用途, 其研究、开发和应用,关系到国家安全、经济发展等各个重大方面, 近年来在国际上引起了广泛的重视和投入。
如图l所示,图1为目前典型的传感器网络通信体系结构图。无 线传感器网络通常由传感器节点群、基站(sink节点)和管理节点组 成。大量传感器节点随机部署在感兴趣区域内部或者附近,以自组织 方式构成网络。采集数据之后以多跳中继方式将数据传回sink节点, 由sink节点将收集到的数据通过互联网、卫星或移动通信网络传送到 管理节点进行处理。用户通过管理节点对无线传感器网络进行配置和 管理,发布监测任务以及收集监测数据。
无线传感器节点通常是一个微型的嵌入式系统,它的处理能力、 存储能力和通信能力相对较弱,通过携带能量有限的电池供电。除了 进行本地信息收集和数据处理外,无线传感器节点还要对其他节点转 发来的数据进行存储、管理和融合等处理,同时与其他节点写作完成 一些特定的任务。也就是说,每一个无线传感器节点兼顾传统网络节 点的终端和路由器的双重功能。如图2所示,图2为目前典型的传感器节点体系结构示意图。传 感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块
四部分組成。传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换;处 理器模块负责控制整个传感器节点的操作,存储和处理本身采集的数
据以及其他节点发来的数据;无线通信模块负责与其他传感器节点进 行无线通信,交换控制消息和收发采集数据;能量供应模块为传感器 节点提供运行所需的能量,通常采用微型电池。
目前国内自行研制的无线传感器节点大都是购买Mote产品进行 前期探索,且研究重点放在网络协议以及实际应用上。专用的无线传 感器网络节点无论对于科研还是生产,都有很大的局限性,具体表现 在:
*专用的节点可适应性差:4艮难实现不同传感器节点协同组网; *专用节点的灵活性差:通常只能支持固定的网络协议和固定类 型的传感器;
*在无线传感器网络协议研究、实践中,只需要考虑节点间的通 讯而几乎不需要考虑传递的数据,专用的传感器难以胜任。
无线传感器网络节点的工作方式如下:无线传感器网络节点之间 以及与网关之间,通过无线通信模块,以及现有的路由协议,组织成 一个多跳的自组织网络,实现传感器节点与网关节点数据传输的连接; 之后传感器节点通过传感器模块对其监测区域进行数据采集和转换; 然后再通过无线通信模块将数据发送到网关节点,再通过互联网、卫 星或移动通信网络传送到管理节点进行处理。
为了满足无线传感器网络应用的需要,结合无线传感器网络自身 特点,设计实现通用的无线传感器网络节点,将有十分重要的意义。
发明内容
本发明针对上述现有技术的问题和不足之处,提供了 一种通用无 线传感器网络节点设备。本发明是这样实现的:
一种通用无线传感器网络节点设备,该节点设备包括:无线射频 收发单元、微处理器单元、电源管理单元、通用传感器接口单元,和 通用外部接口单元。这些单元构成了满足无线传感器网络节点最小功 能要求的通用节点。
所述无线射频收发单元,用于实现与无线传感器网络中其它节点 以及基站之间的通信;
所述微处理器单元,用于控制无线传感器网络中通用节点之间的 通信,实现各种计算;
所述电源管理单元,用于对通用节点中各单元的供电,检测电源 的健康状况;
所述通用传感器接口单元,用于为各种专用的传感器节点提供合 适的接口;
所述通用外部接口单元,用于通用节点与外部PC机的连接,实 现上位机与通用节点的通信。
优选地,所述无线射频收发单元为CC2420芯片,该芯片采用半 正弦脉冲调制O-QPSK载波技术,载波频段为2400-2483.5MHz,最 大传输速率为250Kbps,通过SI、 SO、 SCLK与微处理器的SPISIMO、 SPISOMI、 UCLK引脚连接,FIFO、 FIFOP、 CCA与微处理器的带中 断功能的I/0口相连,CSN 、 RST、 VREG与微处理器的简单1/0引 脚相连,SFD与微处理器的带定时和捕获功能的I/O 口相连。
优选地,所述微处理器单元为MSP430F149芯片,该芯片包括 60KB的闪存Flash, 2KB的RAM;还包括11个16位的定时器,另 有比较和捕获的功能,提供2个UART接口和2个SPI/I2C接口;芯 片内部提供一个8通道的12位采样精度的ADC控制器。
优选地,所述孩i处理器单元通过特定的BSL接口和UART接口实 现与PC的USB 口通信,并通过同步串行接口 SPI与无线射频收发单 元进行通信。
所述通用外部接口单元进一步包括:USB通信单元,用于连接微处理器单元与上位PC机,通过上位PC机下载程序、上传数据。
所述USB通信单元是通过微处理器的BSL接口和UART接口经
过电平转换与PC的USB接口连接的。
所述通用外部接口单元进一步包括:电平转换单元,用于将PC
机的USB信号转换成RS232信号,进一步地,将控制信号经过反相
器和D触发器后,与RXD和TXD —起经过双向緩存器连接到微处理
器的BSL4妄口和UART-接口。
优选地,所述的电平转换单元为FT232BM芯片,兼容了 USB1.1
和USB2.0协议,最高数据传输速率可达1Mbps(RS232)和
3Mbps(RS422, RS485),反相器和D触发器分别为SN74VC2G04和
TC7W74,双向三态緩存器为SN74HC126。
从上述技术方案可以看出,本发明提供的通用无线传感器网络节 点设备,节点自身具备了一个无线传感器网络节点的基本功能,包括 网络功能和计算功能,并且为其他类型的节点的快速开发提供了基础。 对于无线传感器网络技术的研究与产品开发有重要的作用,主要优点 如下:
1) 、提供了最大的可适应性。保证通过最小的努力即可以与不同 的传感器组合,满足大多数传感器网络应用的需要;
2) 、提供了最大的灵活性。同时支持多种不同类型的传感器和不 同的网络协议。
3 )、优化设计实现了最小无线传感器网络节点功能集。 4)、通用节点设备本身的可靠性、安全性和稳定性保证了基于本 发明的专用节点的可靠性、安全性和稳定性。
附闺说明
图1为无线传感器网络通信体系结构图;
图2为无线传感器网络节点体系结构示意图;
图3为本发明提供的通用无线传感器网络节点的体系结构框图;图4为依照本发明实施例提供的通用无线传感器网络节点的结构
示意图;
图5为本发明提供的与PC机通信单元的电路图;
图6为本发明提供的MCU单元的电路图;
图7为本发明提供的无线射频收发单元的电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具 体实施例,并参照附图,对本发明进一步详细说明。
如图3所示,图3为本发明提供的通用无线传感器网络节点的结 构框图,该节点至少包括通用传感器接口单元10、微处理器单元ll、 无线射频收发单元12和通用外部接口单元13。
其中,通用传感器接口单元10提供外接各种传感器的接口线;微 处理器单元11用于控制无线传感器网络中各节点之间的通信以及与 上位PC机的通信;无线射频收发单元12用于实现无线传感器网络中 各节点之间的通信;通用外部接口单元13用于实现上位机与通用节点 的通4言。
所述微处理器单元11通过特定的BSL接口和UART接口实现与 PC机的USB 口通信,并通过同步串行接口 SPI与无线射频收发单元 12进行通信。
基于图3所述的通用无线传感器网络节点的结构框图,以下结合 具体的实施例对本发明通用无线传感器网络节点的结构进一 步说明。
实施例
本发明提供的通用无线传感器网络节点设备与无线传感器网络连 接原理参见图2。
如图4所示,图4为依照本发明实施例提供的无线传感器网络通 用节点的结构示意图,该节点至少包括传感器接口单元10、微处理器 单元ll、无线射频收发单元12、 USB接口单元14、电平转换和緩存单元15、存4诸单元16、电源管理单元17;纟鼓处理器单元11通过同步 串行接口 SPI与无线射频收发单元12进行数据的接收与发送;微处理 器单元11通过BSL、 UART与PC机进行通信;传感器接口单元10 主要是为外接传感器提供接口。各单元采用的元器件如下:
如图5所示,图5为本发明提供的与PC机通信的电路原理图, 使用FTDI公司的FT232BM芯片作为USB转换芯片,该USB转换单 元内嵌USBU和USB2.0协议,最高数据传输速率可达1Mbps(RS232) 和3Mbps(RS422,RS485),其中的控制线经过反相器SN74VC2G04和 D触发器TC7W74后,与数据信号一起经过双向緩存器SN74HC126 连接到微处理器上。
如图6所示,图6为本发明提供的MCU单元的电路原理图,微 处理器单元11使用TI公司的MSP430F149,该处理器有比较丰富的 内部资源和外部接口。片内有60KB的闪存Flash, 2KB的RAM;还 包括11个16位的定时器,另有比较和捕获的功能,提供2个UART 接口和2个SPI/I2C接口 ;芯片内部提供一个8通道的12位采样精度 的ADC控制器;在电源管理方面,MSP430F149提供了一种活动才莫式 (AM)和5种〗氐功摔毛的才莫式(LPM0-LPM4),特别适合功库C要求低 的应用。
如图7所示,图7为本发明提供的无线射频收发单元的电路原理 图,无线射频收发单元12采用Chipcon公司的CC2420芯片。CC2420 采用半正弦脉冲调制O-QPSK载波技术,载波频段为2400 -2483.5MHz,最大传输速率为250Kbps,通过SI、 SO、 SCLK与微处 理器的SPISIMO、 SPISOMI、 UCLK引脚连才妄,FIFO、 FIFOP、 CCA 与微处理器的带中断功能的10 口相连,CSN 、 RST、 VREG与微处 理器的简单10引脚相连,SFD与微处理器的带定时和捕获功能的定 时引脚相连。
存储单元16用于存储系统在运行时的特征参数,通过I2C与微处 理器相连接。
电源管理单元17,用于对通用节点中各单元供电,;险测电源的健康状况。
通用外部接口单元13用于连接PC机与微处理器单元11,包括电 平转换、緩存单元15,来完成对微处理器内部的非易失性存储器进行 编程和上传数据。该接口通过USB的两根信号线经转换后与微处理器 的PU、 P2.2、 TCK、 RST、 UTXD1、 URXD1引脚连接。

Claims (7)

1. 一种通用无线传感器网络节点设备,其特征在于,该设备包含:无线射频收发单元,用于实现与无线传感器网络中其它节点以及基站之间的通信;微处理器单元,用于控制无线传感器中通用节点之间的通信,实现各种计算;通用传感器接口单元,用于为各种专用的传感器节点提供合适的接口;通用外部接口单元,用于通用节点与外部PC机的连接,实现上位机与通用节点的通讯;电源管理电源,用于对通用节点中各单元的供电,检查电源健康状况。
2. 根据权利要求1所述的通用无线传感器网络节点设备,其特征在于,所述系统中微处理器单元通过特定的BSL接口和UART接口 实现与PC机的USB 口通信。
3. 根据权利要求1所述的通用无线传感器网络节点设备,其特 征在于,所述系统中微处理器单元通过同步串行接口 SPI与无线射 频收发单元进行通信。
4. 根据权利要求1所述的通用无线传感器网络节点设备,其特 征在于,所述系统中,采用双列双排插针,引出48根I/0线路。
5. 根据权利要求1所述的通用无线传感器网络节点设备,其特 征在于,所述系统中,USB与BSL之间的接口标准的信号转换采用 反向器和D触发器实现控制信号的转换。
6. 根据权利要求1所述的通用无线传感器网络节点设备,其特 征在于,所述的通用节点采用USB、串口等方式与多种外部设备相 连。
7. 根据权利要求1所述的通用无线传感器网络节点设备,其特 征在于,所述的通用节点采用USB、串口等方式与多种传感器节点 相连。
CNA2007100562386A 2007-10-29 2007-10-29 一种通用无线传感器网络节点设备 Pending CN101426290A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNA2007100562386A CN101426290A (zh) 2007-10-29 2007-10-29 一种通用无线传感器网络节点设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNA2007100562386A CN101426290A (zh) 2007-10-29 2007-10-29 一种通用无线传感器网络节点设备

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101426290A true CN101426290A (zh) 2009-05-06

Family

ID=40616566

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2007100562386A Pending CN101426290A (zh) 2007-10-29 2007-10-29 一种通用无线传感器网络节点设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101426290A (zh)

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101666812B (zh) * 2009-09-28 2011-06-15 李惠 基于太阳能的无线加速度应变温度数据采集系统
WO2011116556A1 (zh) * 2010-03-23 2011-09-29 中兴通讯股份有限公司 基于物联网的无线通信终端及其应用方法
CN102325160A (zh) * 2011-07-18 2012-01-18 南京航空航天大学 物联网自组织网络的通用感知节点
CN102368877A (zh) * 2011-12-06 2012-03-07 广州市弘宇科技有限公司 一种中高速无线传感器网络
CN102487536A (zh) * 2010-12-02 2012-06-06 中国移动通信集团上海有限公司 一种下行控制信息发送方法、装置及系统
CN102612106A (zh) * 2012-03-12 2012-07-25 深圳职业技术学院 一种无线传感器网络系统及其路由方法
CN102682620A (zh) * 2012-05-23 2012-09-19 上海海事大学 集装箱港口车辆运行状态感知与定位系统以及方法
CN102749900A (zh) * 2012-06-26 2012-10-24 广州中国科学院沈阳自动化研究所分所 焊接质量管理系统
CN102791012A (zh) * 2012-07-17 2012-11-21 大连理工大学 一种无线自组网多跳数据收发系统
CN101801115B (zh) * 2009-12-30 2012-12-26 上海工业自动化仪表研究院 基于无线传感器网络的钢管焊接数据采集和处理系统
WO2013007013A1 (zh) * 2011-07-11 2013-01-17 深圳英盟欣科技有限公司 无基础建设的无线传感网络的外围监控系统
CN103139022A (zh) * 2011-11-25 2013-06-05 沈阳理工大学 基于自动识别技术的物联网实验平台
CN103149885A (zh) * 2011-12-06 2013-06-12 沈阳中科博微自动化技术有限公司 一种低功耗工业无线网络数据传输设备及使用方法
CN103167039A (zh) * 2013-03-26 2013-06-19 江南大学 一种面向多类型ZigBee节点的开发平台
CN103209001A (zh) * 2012-10-19 2013-07-17 安徽工程大学 物联网节点
CN103308091A (zh) * 2013-05-17 2013-09-18 南京航空航天大学 一种无线传感器通用接口
CN101882354B (zh) * 2009-05-08 2013-09-18 北京时代凌宇科技有限公司 一种动态计算传感器物理量的装置和方法
CN103685558A (zh) * 2013-12-30 2014-03-26 常州大学 一种无线传感器网络及其任务处理方法
CN108600033A (zh) * 2018-05-15 2018-09-28 哈尔滨理工大学 一种无线传感器网络通用节点及故障诊断方法

Cited By (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101882354B (zh) * 2009-05-08 2013-09-18 北京时代凌宇科技有限公司 一种动态计算传感器物理量的装置和方法
CN101666812B (zh) * 2009-09-28 2011-06-15 李惠 基于太阳能的无线加速度应变温度数据采集系统
CN101801115B (zh) * 2009-12-30 2012-12-26 上海工业自动化仪表研究院 基于无线传感器网络的钢管焊接数据采集和处理系统
WO2011116556A1 (zh) * 2010-03-23 2011-09-29 中兴通讯股份有限公司 基于物联网的无线通信终端及其应用方法
CN102487536A (zh) * 2010-12-02 2012-06-06 中国移动通信集团上海有限公司 一种下行控制信息发送方法、装置及系统
WO2013007013A1 (zh) * 2011-07-11 2013-01-17 深圳英盟欣科技有限公司 无基础建设的无线传感网络的外围监控系统
CN102325160A (zh) * 2011-07-18 2012-01-18 南京航空航天大学 物联网自组织网络的通用感知节点
CN103139022A (zh) * 2011-11-25 2013-06-05 沈阳理工大学 基于自动识别技术的物联网实验平台
CN103149885B (zh) * 2011-12-06 2016-01-20 沈阳中科博微自动化技术有限公司 一种低功耗工业无线网络数据传输设备及使用方法
CN102368877A (zh) * 2011-12-06 2012-03-07 广州市弘宇科技有限公司 一种中高速无线传感器网络
CN103149885A (zh) * 2011-12-06 2013-06-12 沈阳中科博微自动化技术有限公司 一种低功耗工业无线网络数据传输设备及使用方法
CN102612106A (zh) * 2012-03-12 2012-07-25 深圳职业技术学院 一种无线传感器网络系统及其路由方法
CN102612106B (zh) * 2012-03-12 2014-09-10 深圳职业技术学院 一种无线传感器网络系统及其路由方法
CN102682620B (zh) * 2012-05-23 2015-08-12 上海海事大学 集装箱港口车辆运行状态感知与定位系统以及方法
CN102682620A (zh) * 2012-05-23 2012-09-19 上海海事大学 集装箱港口车辆运行状态感知与定位系统以及方法
CN102749900A (zh) * 2012-06-26 2012-10-24 广州中国科学院沈阳自动化研究所分所 焊接质量管理系统
CN102749900B (zh) * 2012-06-26 2014-06-25 广州中国科学院沈阳自动化研究所分所 焊接质量管理系统
CN102791012B (zh) * 2012-07-17 2015-06-24 大连理工大学 一种无线自组网多跳数据收发系统
CN102791012A (zh) * 2012-07-17 2012-11-21 大连理工大学 一种无线自组网多跳数据收发系统
CN103209001A (zh) * 2012-10-19 2013-07-17 安徽工程大学 物联网节点
CN103167039A (zh) * 2013-03-26 2013-06-19 江南大学 一种面向多类型ZigBee节点的开发平台
CN103308091A (zh) * 2013-05-17 2013-09-18 南京航空航天大学 一种无线传感器通用接口
CN103685558A (zh) * 2013-12-30 2014-03-26 常州大学 一种无线传感器网络及其任务处理方法
CN108600033A (zh) * 2018-05-15 2018-09-28 哈尔滨理工大学 一种无线传感器网络通用节点及故障诊断方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101426290A (zh) 一种通用无线传感器网络节点设备
CN101261261B (zh) 基于ZigBee无线技术的水环境监测系统
CN103149885B (zh) 一种低功耗工业无线网络数据传输设备及使用方法
CN201750562U (zh) 用于无线传感网络同因特网、移动通信网互联的装置
CN201035720Y (zh) 一种无线远程双向实时抄表系统
CN101009619A (zh) 一种无线传感器网络网关设备
CN102055611A (zh) 一种低功耗无线数据采集系统
CN101267376B (zh) 一种用于扩展Zigbee网络的网关的数据传输方法
CN101511133A (zh) 基于WiFi和Zigbee的无线网络设备
CN208903415U (zh) 一种符合南网标准的230MHz LoRa采集器
CN101668357A (zh) 一种基于Zigbee技术的多频段组网协调器
CN101277431B (zh) 可用于水环境监测的无线传感器网络数据视频基站
CN201173928Y (zh) 一种水环境监测装置
CN203644198U (zh) 基于北斗rdss系统和zigbee的无线远程数据采集系统
CN102256379A (zh) 地震救援人员生命信息采集系统及方法
CN102340334A (zh) 无线传感器网络转发器系统及方法
CN203278885U (zh) 物联网与移动通讯网络间的网关设备、及数据交互系统
CN201409231Y (zh) 基于多接口协议的无线网络设备
CN204168495U (zh) 一种基于无线传感网络的可插拔式统一接口网关
CN203086747U (zh) 无线监控网络系统以及中间节点
CN201331694Y (zh) 矿用本质安全型监控分站
CN101287244B (zh) 一种采用全功能串口进行双处理器互唤醒的方法与系统
CN207852074U (zh) 一种自动抄表采集装置
CN104767974A (zh) 一种具有视频监控功能的智能遥测终端机及其控制方法
CN202145683U (zh) 风电机组智能预警应急系统无线传感器网络装置

Legal Events

Date Code Title Description
C57 Notification of unclear or unknown address
DD01 Delivery of document by public notice

Addressee: Chen Yuhua

Document name: Notification to Make Rectification

C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20090506

Open date: 20090506