一种模块化可重组无线网络测试节点系统及工作方法技术方案

一种模块化可重组无线网络测试节点系统及工作方法，信号调理模块包括模拟量调理模块、数字量调理模块、总线信号调理模块；采集处理存储模块包括单片机和FPGA；无线发射模块包括WiFi协议模块、ZigBee协议模块；电源管理模块根据无线网络测试节点的所处的测试位置，提供不同的能量供应方式，对于引线方便能耗较高的位置采取有线供电，对于引线困难功耗较低的可以采用锂电池供电；模块之间使用标准的接口定义，采集处理存储模块和无线发射模块间采用同步和异步串行总线两种形式，采集处理存储模块和信号调理模块间定义固定接口连接数，电源管理模块与其他模块间都定义固定接口连接数。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化可重组无线网络测试节点系统及工作方法
本专利技术属于物联网与嵌入式硬件设计的
，尤其涉及一种模块化可重组无线网络测试节点系统，以及该模块化可重组无线网络测试节点系统的工作方法。
技术介绍
物联网中的数据采集需求日益增多，然而在物联网测试领域，数据采集任务碎片化、差异化严重，物联网测试节点往往涉及多种供电方式，测试多种物理量。传统的物联网测试节点需要针对每个测试任务进行重新定制开发，造成了硬件资源的浪费，增加了研究周期，不利于产品的快速交付。为此，一部分无线网络测试节点提供了固件更新功能，从软件层面提高了节点的灵活性，但是仅软件的改变不能适应多种测试需求。
技术实现思路
为克服现有技术的缺陷，本专利技术要解决的技术问题是提供了一种模块化可重组无线网络测试节点系统，其能够提供多种可选模块，根据测试对象、测试环境和性能要求灵活选择模块类型，适应多种测试需求，避免重复开发，提高测试效率。本专利技术的技术方案是：这种模块化可重组无线网络测试节点系统，包括信号调理模块、采集处理存储模块、无线发射模块、电源管理模块；信号调理模块包括模拟量调理模块、数字量调理模块、总线信号调理模块；采集处理存储模块包括单片机和FPGA；无线发射模块包括WiFi协议模块、ZigBee协议模块；电源管理模块根据无线网络测试节点的所处的测试位置，提供不同的能量供应方式，对于引线方便能耗较高的位置采取有线供电，对于引线困难功耗较低的可以采用锂电池供电；模块之间使用标准的接口定义，采集处理存储模块和无线发射模块间采用同步和异步串行总线两种形式，采集处理存储模块和信号调理模块间定义固定接口连接数，电源管理模块与其他模块间都定义固定接口连接数。本专利技术的信号调理模块包括模拟量调理模块、数字量调理模块、总线信号调理模块；采集处理存储模块包括单片机和FPGA；无线发射模块包括WiFi协议模块、ZigBee协议模块；电源管理模块根据无线网络测试节点的所处的测试位置，提供不同的能量供应方式，对于引线方便能耗较高的位置采取有线供电，对于引线困难功耗较低的可以采用锂电池供电；模块之间使用标准的接口定义，采集处理存储模块和无线发射模块间采用同步和异步串行总线两种形式，采集处理存储模块和信号调理模块间定义固定接口连接数，电源管理模块与其他模块间都定义固定接口连接数；因此该系统能够提供多种可选模块，根据测试对象、测试环境和性能要求灵活选择模块类型，适应多种测试需求，避免重复开发，提高测试效率。还提供了这种模块化可重组无线网络测试节点系统的工作方法，其包括以下步骤：(I)通过信号调理模块对输入量进行调理；(II)采集处理存储模块对调理后的信号进行采集、处理、存储；(III)通过无线发射模块与外部进行通信；(IV)根据无线网络测试节点的所处的测试位置，电源管理模块选择不同的能量供应方式：在光照较强的机翼部分提供太阳能获取模块并以超级电容作为储能元件，对于引线方便能耗较高的位置采取机载电源供电，对于引线困难功耗较低的采用锂电池供电。附图说明图1为根据本专利技术的模块化可重组无线网络测试节点系统的结构示意图。图2为根据本专利技术的模块化可重组无线网络测试节点系统的设计示意图。图3为采集处理存储模块的框架图。图4为子网汇聚节点组成图。图5为分布式测试节点组成图。图6为无线发射模块的软件框架。图7为DMA软核二级缓冲机制示意图。图8为能量获取模块的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本专利技术的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本专利技术具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。如图1、2所示，这种模块化可重组无线网络测试节点系统，包括信号调理模块、采集处理存储模块、无线发射模块、电源管理模块；信号调理模块包括模拟量调理模块、数字量调理模块、总线信号调理模块；采集处理存储模块包括单片机和FPGA；无线发射模块包括WiFi协议模块、ZigBee协议模块；电源管理模块根据无线网络测试节点的所处的测试位置，提供不同的能量供应方式，对于引线方便能耗较高的位置采取有线供电，对于引线困难功耗较低的可以采用锂电池供电；模块之间使用标准的接口定义，采集处理存储模块和无线发射模块间采用同步和异步串行总线两种形式，采集处理存储模块和信号调理模块间定义固定接口连接数，电源管理模块与其他模块间都定义固定接口连接数。本专利技术的信号调理模块包括模拟量调理模块、数字量调理模块、总线信号调理模块；采集处理存储模块包括单片机和FPGA；无线发射模块包括WiFi协议模块、ZigBee协议模块；电源管理模块根据无线网络测试节点的所处的测试位置，提供不同的能量供应方式，对于引线方便能耗较高的位置采取有线供电，对于引线困难功耗较低的可以采用锂电池供电；模块之间使用标准的接口定义，采集处理存储模块和无线发射模块间采用同步和异步串行总线两种形式，采集处理存储模块和信号调理模块间定义固定接口连接数，电源管理模块与其他模块间都定义固定接口连接数；因此该系统能够提供多种可选模块，根据测试对象、测试环境和性能要求灵活选择模块类型，适应多种测试需求，避免重复开发，提高测试效率。优选地，如图8所示，该系统还包括能量采集模块，其与电源管理模块相连而根据需要为系统提供能量，能量采集模块包括换能器、固定装置和能量存储器，能量存储器包括整流电路和超级电容，换能器将采集的振动能、光能转换后通过整流电路贮存在超级电容中。优选地，换能器包括振动能换能器和光能换能器；振动能换能器为悬臂梁式压电振动采集装置，悬臂梁自由端顶部附有可调质量块，通过调节质量块的大小使振动片的固有频率与飞机主要振动源的频率相匹配，调节后的压电振子自由端受共振而上下振动，在压电效应的作用下产生电荷；光能换能器是光伏元件，通过串联多个光伏元件满足不同的功率需求。优选地，如图3所示，FPGA采用ALTERA公司的cyclone系列的FPGA芯片作为主控芯片，电源部分采用TI公司的TPS54232芯片、ALPHA公司的AS1117芯片、Microchip微芯科技的MCP1525芯片，TPS54232芯片输入端电压范围3.5V-28V，电流输出高达2A，降压稳压得到5V，给外部传感器供电，ALPHA公司的AS1117芯片稳压得到3.3V，给芯片供电，Microchip微芯科技的MCP1525芯片，降压得到2.5V，电压准确度小于1％，给AD供电。SDRAM采用Hynix海力士公司的HY57V642561620F，16位数据线，12位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化可重组无线网络测试节点系统，其特征在于：包括信号调理模块、采集处理存储模块、无线发射模块、电源管理模块；/n信号调理模块包括模拟量调理模块、数字量调理模块、总线信号调理模块；采集处理存储模块包括单片机和FPGA；无线发射模块包括WiFi协议模块、ZigBee协议模块；电源管理模块根据无线网络测试节点的所处的测试位置，提供不同的能量供应方式，对于引线方便能耗较高的位置采取有线供电，对于引线困难功耗较低的可以采用锂电池供电；/n模块之间使用标准的接口定义，采集处理存储模块和无线发射模块间采用同步和异步串行总线两种形式，采集处理存储模块和信号调理模块间定义固定接口连接数，电源管理模块与其他模块间都定义固定接口连接数。/n

【技术特征摘要】
1.一种模块化可重组无线网络测试节点系统，其特征在于：包括信号调理模块、采集处理存储模块、无线发射模块、电源管理模块；
信号调理模块包括模拟量调理模块、数字量调理模块、总线信号调理模块；采集处理存储模块包括单片机和FPGA；无线发射模块包括WiFi协议模块、ZigBee协议模块；电源管理模块根据无线网络测试节点的所处的测试位置，提供不同的能量供应方式，对于引线方便能耗较高的位置采取有线供电，对于引线困难功耗较低的可以采用锂电池供电；
模块之间使用标准的接口定义，采集处理存储模块和无线发射模块间采用同步和异步串行总线两种形式，采集处理存储模块和信号调理模块间定义固定接口连接数，电源管理模块与其他模块间都定义固定接口连接数。


2.根据权利要求1所述的模块化可重组无线网络测试节点系统，其特征在于：该系统还包括能量采集模块，其与电源管理模块相连而根据需要为系统提供能量，能量采集模块包括换能器、固定装置和能量存储器，能量存储器包括整流电路和超级电容，换能器将采集的振动能、光能转换后通过整流电路贮存在超级电容中。


3.根据权利要求2所述的模块化可重组无线网络测试节点系统，其特征在于：换能器包括振动能换能器和光能换能器；振动能换能器为悬臂梁式压电振动采集装置，悬臂梁自由端顶部附有可调质量块，通过调节质量块的大小使振动片的固有频率与飞机主要振动源的频率相匹配，调节后的压电振子自由端受共振而上下振动，在压电效应的作用下产生电荷；光能换能器是光伏元件，通过串联多个光伏元件满足不同的功率需求。


4.根据权利要求3所述的模块化可重组无线网络测试节点系统的工作方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(I)通过信号调理模块对输入量进行调理；
(II)采集处理存储模块对调理后的信号进行采集、处理、存储；
(III)通过无线发射模块与外部进行通信；
(IV)根据无线网络测试节点的所处的测试位置，电源管理模块选择不同的能量供应方式：在光照较强的机翼部分提供太阳能获取模块并以超级电容作为储能元件，对于引线方便能耗较高的位置采取机载电源供电，对于引线困难功耗较低的采用锂电池供电。


5.根据权利要求4所述的工作方法，其特征在于：嵌入式机载无线网络测试系统包括子网汇聚节点和分布式测试节点；
子网汇聚节点的工作流程为：加入机载无线网络数据汇聚装置组建的网络；接收网络命令，组建测试子网；向子网内的分布式测试节点转发控制命令；实现子网内数据的汇总；将数据发送给机载无线网络数据汇聚装置；
分布式测试节点的工作流程为：加入子网汇聚节点组建的网络；采集测试信号；将测试信号进行存储；将测试...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋萍，郝创博，杨诚，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11