CN208258094U - 一种高灵敏度多频段无线传感网络嗅探器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高灵敏度多频段无线传感网络嗅探器，包括工作频段切换电路模块和微处理器模块，工作频段切换电路模块与微处理器模块双向连接，USB转串口模块与微处理器模块双向连接，高频无线收发模块和低频无线收发模块分别与工作频段切换电路模块双向连接；低频低噪声放大电路与低频无线收发模块双向连接，高频低噪声放大电路与高频无线收发模块双向连接；高频低噪声放大电路连接有PCB高频天线以及多个外接高频天线接口，低频低噪声放大电路连接有PCB低频天线以及多个外接低频天线接口。本实用新型提升了接收器模块的接收灵敏度，扩大了嗅探器的监视范围，可以实现不同工作频段的切换，适用于使用不同工作频率的无线传感网络。

Description

一种高灵敏度多频段无线传感网络嗅探器

技术领域

本实用新型涉及无线传感网络技术领域，具体是一种高灵敏度多频段无线传感网络嗅探器。

背景技术

低功耗、低速率和低成本的无线传感网络有着广阔的应用前景，是物联网的一个重要组成部分。研究无线传感网络技术、开发无线传感网络设备或应用原型、以及管理维护无线传感网络等各个方面都需要对无线传感网络的数据、协议、流量等进行监视分析等操作。这些工作需要网络嗅探器及相应的嗅探软件来完成。

相对于其他的无线通信技术，无线传感网络节点的一个非常重要的特性就是低功耗，节点甚至可以在标准规定的范围内进一步降低传输功率以达到省电并延长节点寿命的目的。另外，无线传感网络往往节点数量较多，散布在较大的范围内。这些都对网络嗅探提出了较高的要求。嗅探器应该具有很高的接收灵敏度，能够很好地捕捉较大范围的低功耗传感网络节点间通信的数据包，进而很好地监视网络流量和网络资源利用、鉴定分析网络数据、诊断网络问题等等。

同时，不同的国家和地区对基于IEEE802.15.4标准的无线传感网络的工作频率都有一定的规定，一般无线传感网络工作在以下几个无需许可证的频段：

• 779–787 MHz：中国

• 868.0–868.6 MHz：欧洲

• 902–928 MHz：北美

• 2400–2483.5 MHz: 世界通用

一般而言，如果传输功率相同，使用较低的工作频率能达到更长的通信距离，但是其传输速度会较低。不同的物联网应用对于通信距离、速率和节点的功耗都有不同的要求，因此无线传感网络为适应不同的应用要求，往往在符合所在国家和地区有关工作频段规定的前提下，采用不同的工作频段。比如，对于数据传输率很低但是节点能耗要求高的应用，可以使用低频传输的方案；而对于数据传输速率较高的应用，可以选择2.4 GHz频段。而现有的无线传感网络嗅探器不仅存在着灵敏度低的问题，也只能在工作在某一固定频段的无线传感网络中使用，兼容性和适用广泛性都存在不足。

有鉴于此，本案由此而生。

实用新型内容

本实用新型提供一种高灵敏度多频段无线传感网络嗅探器，能够监视更大的范围，具有更高的灵敏度，并且能够实现在不同工作频段的自由切换，兼容性好，适用范围更广。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

一种高灵敏度多频段无线传感网络嗅探器，包括电源模块、USB转串口模块、微处理器模块、工作频段切换电路模块、高频无线收发模块、低频无线收发模块、低频低噪声放大电路和高频低噪声放大电路；所述工作频段切换电路模块与微处理器模块双向连接，USB转串口模块与微处理器模块双向连接，高频无线收发模块和低频无线收发模块分别与工作频段切换电路模块双向连接，所述工作频段切换电路模块用于在高频无线收发模块与低频无线收发模块之间选择的切换；所述低频低噪声放大电路与低频无线收发模块双向连接，高频低噪声放大电路与高频无线收发模块双向连接；所述高频低噪声放大电路连接有PCB高频天线以及多个外接高频天线接口，低频低噪声放大电路连接有PCB低频天线以及多个外接低频天线接口。

所述高频无线收发模块包括工作频段为2.4GHz的芯片，低频无线收发模块包括工作频段低于1GHz的芯片。

所述电源模块包括给微处理器模块供电的主电路电源以及给高、低频低噪声放大电路模块供电的稳压电源。

所述稳压电源设有开关电路，开关电路用于打开或关闭低频/高频工作电路的供电电源。

所述微处理器模块、低频无线收发模块、高频无线收发模块、高频低噪声放大电路、低频低噪声放大电路均采用独立的功能模块构成。

所述嗅探器还包括按键模块，按键模块作为输入设备与微处理器模块连接，按键模块用于发出工作频段切换指令。

所述嗅探器还包括与微处理器模块连接的作为输出设备的LED指示灯。

所述嗅探器还包括与微处理器模块连接的作为输出设备LCD显示屏。

所述工作频段切换电路模块包括多个单刀双掷模拟开关。

所述低频低噪声放大电路和高频低噪声放大电路分别设有保护电路。

本实用新型提供的网络嗅探器采用独立的低噪声放大电路可以提升接收器模块接收信号的灵敏度，更好的监视使用更低传输功率的无线传感网络节点的通信；在天线的设计上不仅包含PCB天线还设计了多个外接天线接口，便于根据实际应用需要采用合适的天线，并且支持天线分集技术，进一步扩大了嗅探器的监视范围；更重要的是可以实现不同工作频段的切换，适用于使用不同工作频率的无线传感网络。

以下通过附图和具体实施方式对本实用新型做进一步阐述。

附图说明：

图1为嗅探器的架构框图；

图2为实施例中按键模块电路图；

图3为带保护电路的高频低噪声放大电路图及相应的天线匹配电路图；

图4为带保护电路的低频低噪声放大电路图、低频无线收发模块及相应的天线匹配电路图。

具体实施方式：

本实用新型提供的一种高灵敏度多频段无线传感网络嗅探器，其主要架构如图1所示（图中省略了电源模块）。网络嗅探器包括电源模块、USB转串口模块、微处理器模块、工作频段切换电路模块、按键模块、高频无线收发模块、低频无线收发模块、高频低噪声放大电路、低频低噪声放大电路、天线以及天线匹配电路。其中，工作频段切换电路模块与微处理器模块双向连接，USB转串口模块与微处理器模块双向连接，高频无线收发模块和低频无线收发模块分别与工作频段切换电路模块双向连接，工作频段切换电路模块用于在高频无线收发模块与低频无线收发模块之间选择的切换，低频低噪声放大电路与低频无线收发模块双向连接，高频低噪声放大电路与高频无线收发模块双向连接，高频低噪声放大电路连接有PCB高频天线以及多个外接高频天线接口，低频低噪声放大电路连接有PCB低频天线以及多个外接低频天线接口，按键模块作为输入设备与微处理器模块连接，按键模块用于发出工作频段切换指令。

上述给出的高频无线收发模块包括工作频段为2.4GHz的芯片，低频无线收发模块包括工作频段低于1GHz的芯片。本实施例中，低频无线收发模块中的芯片采用AT86RF212芯片，高频无线收发模块中的芯片采用AT86RF231。而工作频段切换电路模块主要用于在高频无线收发模块与低频无线收发模块之间选择的切换，可以视具体使用场合的工作频段需要，切换成高频工作模式或低频工作模式。本实施例中的工作频段切换电路模块采用型号为SN74LVC1G3157的单刀双掷模拟开关，既可以通过按键模块（如图2所示）在高、低频之间切换，也可以通过软件来完成高、低频之间的切换。

为方便使用者根据具体的应用环境灵活选择及调整，本实施例中的微处理器模块、低频无线收发模块、高频无线收发模块、高频低噪声放大电路、低频低噪声放大电路均采用独立的功能模块构成，以保证无线通信可以根据国家和地区的频段规定、现场情况、地理环境、数据传输速率、节点功耗及传输距离进行定制，从而满足各种不同应用的要求。采用独立结构的高频低噪声放大电路以及低频低噪声放大电路用于将天线接收到的信号进行放大，从而提升接收器模块接收信号的灵敏度。并且上述两种低噪声放大电路还设计有保护电路功能，能够实时监测信号的强度。如果信号源与接收距离太近，保护电路会自动打开衰减器使信号强度调整到无线收发模块可以接受的范围，从而保护了无线收发模块和相关电路。具有保护电路的高频低噪声放大电路图见图3所示，具有保护电路的低频低噪声放大电路图见图4所示。

高频低噪声放大电路连接有PCB高频天线以及多个外接高频天线接口，并配置有相应的高频天线匹配电路；低频低噪声放大电路连接有PCB低频天线以及多个外接低频天线接口，并配置有相应的低频天线匹配电路，便于根据实际应用需要采用合适的天线组合。多个外接天线接口的设置，便于根据实际应用需要进行天线设计的扩展，例如可以外接高增益天线；还可以支持天线分集技术，提供了多元化的天线设计方案，可以进一步扩大嗅探器的监测范围。

本实施例中的电源模块包括给微处理器模块供电的主电路电源以及给高频、低频低噪声放大电路模块供电的稳压电源，其中稳压电源设有开关电路，可以通过软件或者手动开关来打开或者关闭低频/高频电路中的任何一路的电源供电，或者同时打开或者关闭低频、高频工作电路的电源供电。稳压电源模块上开关电路的设置，令使用者可以根据具体使用环境灵活选择，进一步扩大了适用范围。

USB转串口模块用于把嗅探器捕捉到的数据通过USB接口传输到相连的计算机上。本实施例中的微处理器模块选用高速率、低功耗的ARM芯片。

除了上述给出的各相应功能模块外，本实施例中的嗅探器还设计了附件功能模块，附件功能模块包括分别作为输出设备与微处理器模块连接的LED指示灯和LCD显示屏，LED指示灯用于显示电源和抓包状态，LCD显示屏则可以方便地提供用户交互菜单界面并且显示嗅探信息，比如当前工作信道和接收信号强度指示等等。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种高灵敏度多频段无线传感网络嗅探器，其特征在于：包括电源模块、USB转串口模块、微处理器模块、工作频段切换电路模块、高频无线收发模块、低频无线收发模块、低频低噪声放大电路和高频低噪声放大电路；所述工作频段切换电路模块与微处理器模块双向连接，USB转串口模块与微处理器模块双向连接，高频无线收发模块和低频无线收发模块分别与工作频段切换电路模块双向连接，所述工作频段切换电路模块用于在高频无线收发模块与低频无线收发模块之间选择的切换；所述低频低噪声放大电路与低频无线收发模块双向连接，高频低噪声放大电路与高频无线收发模块双向连接；所述高频低噪声放大电路连接有PCB高频天线以及多个外接高频天线接口，低频低噪声放大电路连接有PCB低频天线以及多个外接低频天线接口。

2.根据权利要求1所述的一种高灵敏度多频段无线传感网络嗅探器，其特征在于：所述高频无线收发模块包括工作频段为2.4GHz的芯片，低频无线收发模块包括工作频段低于1GHz的芯片。

3.根据权利要求1所述的一种高灵敏度多频段无线传感网络嗅探器，其特征在于：所述电源模块包括给微处理器模块供电的主电路电源以及给高、低频低噪声放大电路模块供电的稳压电源。

4.根据权利要求3所述的一种高灵敏度多频段无线传感网络嗅探器，其特征在于：所述稳压电源设有开关电路，开关电路用于打开或关闭低频/高频工作电路的供电电源。

5.根据权利要求1所述的一种高灵敏度多频段无线传感网络嗅探器，其特征在于：所述微处理器模块、低频无线收发模块、高频无线收发模块、高频低噪声放大电路、低频低噪声放大电路均采用独立的功能模块构成。

6.根据权利要求1所述的一种高灵敏度多频段无线传感网络嗅探器，其特征在于：所述嗅探器还包括按键模块，按键模块作为输入设备与微处理器模块连接，按键模块用于发出工作频段切换指令。

7.根据权利要求1所述的一种高灵敏度多频段无线传感网络嗅探器，其特征在于：所述嗅探器还包括与微处理器模块连接的作为输出设备的LED指示灯。

8.根据权利要求1所述的一种高灵敏度多频段无线传感网络嗅探器，其特征在于：所述嗅探器还包括与微处理器模块连接的作为输出设备LCD显示屏。

9.根据权利要求1所述的一种高灵敏度多频段无线传感网络嗅探器，其特征在于：所述工作频段切换电路模块包括多个单刀双掷模拟开关。

10.根据权利要求1所述的一种高灵敏度多频段无线传感网络嗅探器，其特征在于：所述低频低噪声放大电路和高频低噪声放大电路分别设有保护电路。