一种基于通用模块化接口的无线传感器网络节点制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于通用模块化接口的无线传感器网络节点，包括电源模块、处理器模块、无线通信模块、传感器模块、存储器模块、串口设备和调试仿真模块。传感器模块由光强传感器、加速度传感器、温湿度传感器组成，完成多种环境的数据采集，将采集到的数据通过通用接口传输给主板处理。同时提供一种支持多传感器模块的通用模块化接口无线传感器网络节点，最终实现：避免重复设计节点设备主体硬件情况下，通过添加与通用模块化接口匹配的传感器模块，使发明专利技术可以适用于多种应用场景。其具有体积小、能耗低、测量精度高、适用范围广、可扩展性强、再开发成本低等优点。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种可实现多种信息采集的嵌入式无线传感器网络节点，该设备具有通用模块化接口设计，属于计算机网络领域。
技术介绍
无线传感器网络是由多个节点组成的无线自组织网络，它结合了嵌入式、传感器、无线通信等多个
各传感器节点能够采集所在环境的目标传感器数据，通过无线的方式把传感器数据传送出去，并汇聚到现有互联网络，以实现对环境的实时监测。传感器节点作为无线传感器网络的基本单元，负责传感信息的采集和传输。 传感器节点是无线传感器网络的基本组成部分，一方面，节点利用自身所带各种传感器，从所在环境中采集目标传感器数据；另一方面，节点把采集到的目标传感器数据通过无线自组织网络和网关等设备传输出去。节点传感器部分的信息采集能力最终决定着整个无线传感器网络的应用范围和场景。然而现有已成型的传感器节点功能单一、传感模块的可扩展性较差已经成为它们的致命缺陷一旦节点设计完成，就难以对节点的传感功能进行扩展，对于新的应用场景，就要对节点整体硬件结构进行重新设计，由于二次再开发较复杂，并且需要更长的节点开发周期。 不同机构都在致力于各自的无线传感器网络的研究，已有无线传感器网络节点都与某种特定的应用相关，在成本、精度、能耗和扩展性等各个方面均不能达到理想状态。缺少一种能够支持多种传感器、低成本、二次开发难度小、能够广泛应用于各种场景的新型传感器节点。
技术实现思路
针对无线传感器网络的迅速发展，为了扩展现有技术的应用领域，解决上述存在的问题，因此需要设计一种通用的、功能可重构、能够适用于多种场景的通用型传感器节点。从而保证节点框架灵活性较强，进而减少市场推广时面向各种应用场景的设计复杂度。 本技术提供了一种支持多传感器模块的通用模块化接口无线传感器网络节点，最终实现避免重复设计节点设备主体硬件情况下，通过添加与通用模块化接口匹配的传感器模块，完成对多种传感数据的采集，从而实现无线传感器网络适用于多种应用场景。 本技术解决其技术问题所采用的技术方案是 —种通用模块化接口无线传感器网络嵌入式节点设备。该节点设备以通用模块化接口为核心，连接电源模块、处理器模块、无线通信模块和传感器模块；通用模块化接口包含以下接口标准I2C、 I/O、 ADC、 JTAG、 SPI和USART，通过标准接口模块，可以实现多种模拟/数字传感器和存储器相连，扩展传感器节点的功能和应用；利用接口模块中的it、I/0和ADC标准接口连接多种传感器，完成数据的采集，并通过处理器模块和无线通信模块进行处理、封包、发送；利用接口模块中的I/0接口连接电源模块，统一对节点各个摸块的电源供给；利用接口模块中的JTAG标准接口连接调试仿真器，完成节点程序的调试烧写；利用接口模块中的SPI标准接口，实现无线通信模块与处理器模块的数据通信；利用接口模块中的USART标准接口连接串口驱动芯片，驱动串口的正常通信；另外，上述接口都可以作为标准I/O 口使用，通过接口模块，能够实现对各种类型的传感器、无线通信芯片以及存储器等器件的支持。 所述的处理器模块核心芯片Atmegal28L与通用模块化接口的连接电路其25、26管脚分别和接口模块中I2C的SCL、SDA进行数据传输；第58、59、60、61管脚分别和接口模块的ADC标准接口连接，实现模拟传感器、数字传感器和控制器间的数据传输；第54、55、56、57管脚分别和接口模块中JTAG的TDI、 TD0、 TMS、 TCK连接，实现程序调试烧写的控制；第10 、 11 、 12 、 13管脚分别和接口模块的SPI标准接口的CSn 、 SCLK、 SI 、 S0连接，第8 、 9 、 29 、31管脚分别和接口模块的FIF0P、 FIF0、 SFD、 CCA连接，共同实现与无线通信模块的数据通信；第27、28、30管脚分别和接口模块的USART标准接口的RXD、TXD、XCK连接，实现串口驱动芯片和控制器间的数据传输。 本技术的有益效果为 本专利提出了一种应用于无线传感器网络的通用节点设备。该设备适用于多种无线传感器网络应用环境，支持无线数据收发，可以载有多种模拟传感器和数字传感器，支持JTAG接口配置，具有体积小、能耗低、测量精度高、适用范围广、可扩展性强、再开发成本低等优点。 1、节点采用通用模块化接口设计，把传感器模块从节点上分离出来，通过模块化接口与控制器进行连接。因为不同的应用场景所需要的传感器不同，节点可以根据需要连接不同的传感器进行工作。这样，既可以扩展应用的需要，又可以节省节点再开发的成本。 2、节点传感器模块兼容多种传感器，可以包含温湿度传感器、光强传感器和加速度传感器。上述三种传感器可以覆盖无线传感器网络的常用领域，在工农业生产、军事、医疗、环境监测、智能建筑等领域有广泛的应用。 3、多数据通信方式，可以通过串口、 I2C、 I/O以及JTAG和终端进行通信。能够兼容市场上主流的调试仪器。 4、节点电源采用直流电源+电池协同供电模式，能够满足便携性和长时间工作的要求。以下结合附图和实施例对技术进一步说明。 图l是节点硬件组成图。 图2是通用接口模块外围电路原理图。 图3是处理器模块核心芯片Atmegal28L外围电路原理图。 图4是无线射频芯片CC2420外围电路原理图。 图5是数据采集和处理模块器件间连接电路图。 图6是温度数据对比图。 图7是湿度数据对比图。具体实施方式 实施例1 : 如附图说明图1所示描述了所专利技术节点的整体硬件组成图。从结构上看，分为电源部分、无线通信部分、处理器部分、传感器部分、通用模块化接口。整个传感器节点以通用模块化接口为中心，处理器部分、无线通信部分、电源部分和传感器部分等都通过模块化接口进行信息和电源供应。主板主要是由处理器、无线通信和电源组成，负责数据的处理、封包和发送接收，和网络中其他节点进行通信，构成网络。传感器部分主要是数据的采集，将采集到的数据通过通用接口传输给主板处理。 电源部分由电压转换芯片MIC5209、肖特基整流稳压管、9v电源和9v电池组成。9v电源和9v干电池通过单刀双掷开关连接协同给传感器节点进行供电。通过MIC5209把9V电压转换为3. 3v，并通过肖特基整流二极管进行稳压处理。 无线通信部分由微带天线、射频芯片CC2420和电磁屏蔽罩组成。CC2420和微带天线之间通过不平衡转换电路提供50欧姆馈线阻抗，保证无线信号的稳定发送，电磁屏蔽罩能够有效防止内外电磁互扰。 处理器部分采用ATMEL公司的ATmegal28处理器。ATmegal28是一款高性能低功耗的8位单片机，内置128k FLASH、4k EEP匪、4k SRAM，支持USART、 SPI、 I2C等接口 。 如图2所示接口模块采用通用模块化的设计思想，接口包括SPI接口、USART、ADC接口 、 JTAG接口 、 I2C接口 、 I/O接口 、 3. 3v和GND以及复位。SPI接口主要用于与无线通信芯片进行数据交换，处理器通过SPI接口对无线通信模块进行控制，USART主要用于与其他终端或者节点进行通信和对节点调试，ADC接口用于连接模拟传感器，把模拟信号转换成数字信号，最大支持8bit模拟信号的处理，I2C可以连接支持I2C通信方式的各本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于通用模块化接口的无线传感器网络节点，包括电源模块、处理器模块、无线通信模块、传感器模块、存储器模块、串口设备和调试仿真模块，其特征在于：还包括通用模块化接口模块，整个传感器节点以所述的通用模块化接口模块为中心，处理器模块、无线通信模块、电源模块、存储器模块、串口设备和调试仿真模块和传感器模块都通过所述的通用模块化接口进行信息和电源供应，所述通用模块化接口把从传感器采集的数据传送给所述的处理器模块，进行数据处理并发送至无线通信模块。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高德云，张宏科，郑涛，牛延超，梁露露，彭东，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]