一种基于32位微处理器的无线传感器网络数据采集系统技术方案

一种基于32位微处理器的无线传感器网络数据采集系统，属于数据采集技术领域。本发明专利技术提供一种基于32位微处理器的无线传感器网络数据采集系统，由上位机和无线传感器网络系统组成，无线传感器网络系统包含协调节点、路由节点和传感器节点，节点中处理器模块采用32位微处理器。本发明专利技术具有以下优势：处理速度和效率极大地提高，可以实现运算量有较高要求的应用场景；可将完整的操作系统配置其中，通过在实时操作系统中对多任务和多中断配置多级优先级，实现真正的多任务调度，避免8位和16位微处理器在多中断时出现时的冲突和数据丢失现象。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于数据采集
，涉及一种基于32位微处理器的无线数据采集系统。
技术介绍
数据采集技术已经在军事、工业、医疗、环境检测等领域被广泛应用。数据采集就 是由各种传感器采集被测对象的各种参量，由控制器进行处理或存储的过程。现在广泛使 用的数据采集系统一般是通过有线网络将采集到数据传输到控制器，但是对于一些恶劣自 然环境数据的采集，无法布置有线网络，因此具有成本低、功耗低、灵活性好等特点的无线 传感器网络成为数据采集系统的最佳选择。无线传感器网络在监测区域部署大量的声音、 温度、震动、压力等传感器节点，通过无线通信机制形成自组织网络系统，可以实时感知和 收集监测区域内的各种有效信息。现有的无线数据采集系统主要划分为基于无线传感器网络的采集系统和基于 GPRS/GSM网络的采集系统两种。如技术专利“油田施工现场无线数据采集系统”(申 请号200920297318. 5)，该无线数据采集系统包括传感器网络服务器，以及通过无线网络 分别与传感器网络服务器连通的各种传感器、变送器、流量计接口终端、数据监控主机等。 如技术“基于MSP430单片机的无线数据采集系统”(申请号200920245375. 9)，采用 MSP430F147单片机+Zigbee通讯模块构成数据采集系统，该系统由上位机、无线通讯模块 和数据采集系统构成，无线通讯模块上连接有一个或多个数据采集系统。如技术“数控 机群GPRS无线数据传输与监控系统”(申请号201020163672. 1 )，主控终端和受控终端都 具备自主拨号的GPRS模块，主控终端和受控终端依靠现场Modbus或ftOfibus总线联网， 并通过GPRS模块与移动通信蜂窝基站相连接。主控终端通过移动通信蜂窝基站与受控终 端相连接。上述专利技术创造解决了一定的技术问题，但普遍存在如下不足1.目前基于传感器 网络技术的无线采集系统多采用8位或者16位的核心处理芯片，处理的能力和速度受限， 无法解决目前现场数据量大、实时性要求高的技术问题；2.已有的传感器网络中节点将数 据处理功能和射频收发功能分别放置在两个芯片，体积较大；3.基于GPRS/GSM类的无线 采集系统，所必须使用的GPRS/GSM模块成本高、体积大、能耗大，节点本身必须采用有源电 供电，工作场景受限。
技术实现思路
为解决现有无线采集系统无法满足目前现场数据量大、实时性高、工作方式灵活各种 要求，本专利技术提供一种基于32位微处理器的无线传感器网络数据采集系统，由上位机和无 线传感器网络系统组成，无线传感器网络系统包含协调节点、路由节点和传感器节点，节点 中处理器模块采用32位微处理器。本专利技术所设计的无线数据采集系统的网络拓扑结构为树状网络。网络中存在三种 类型的节点协调节点，路由节点和传感器节点。三种类型的节点均具有处理器模块、电源 模块、无线射频模块、感应模块、AD/DA模块和JTAG调试模块组成；协调节点和路由节点除3上述共有模块外，还包含外置E2PROM和UART接口。三种节点在网络中的角色为协调节点 充当树根节点角色，传感器节点充当为树叶节点角色，路由节点充当转接节点角色。由于三 种节点均具有感应模块，其角色可以适当的灵活改变，如协调节点和路由节点可根据应用 场景的变化充当传感器节点。与一般的ZigBee网络不同之处在于，本设计中所涉及三种节点均具有对环境的 感应能力，改变了传统ZigBee网络只在网络的终端末梢部分(即只有传感器节点具有感应 能力)对环境进行感应的工作方式，扩大了感应的范围。节点核心模块功能和原理说明本专利技术所设计的无线传感器网络数据采集系统，所有节点的核心处理芯片为Jermic 公司的JN5148系列芯片，并且节点处理模块和射频模块在实物中已被集成在一个芯片模 块上，节点体积整体缩小。其中，节点处理器模块包含32位微处理器和内置ROM，32位微处 理器负责信息的运算与处理，以32MHz的工作频率在一个周期内执行乘积/和运算，满足 快速傅立叶变换或者声音处理等对运算量有较高要求的应用，内置ROM中预先烧入Zigbee 协议，协议常驻内存，断电不丢失，应用程序可根据编程需求调用协议；无线射频模块使用 2.4G的国际免费频段，符合IEEE802.15.4标准，发射功率+2. 5dBm至+20dBm，接收器 灵敏度达_95dBm，可根据应用对通信距离的要求灵活调整发送功率，数据传输速率高达 667kbp/s。节点其他模块的功能和原理说明节点的AD/DA模块可完成对4路信号的12位模数转换，可以将传感器、开关、制动器等 的模拟信号转换为数字信号。该模块的输入时钟频率为16MHz，可以根据需要分频为2MHz、 1ΜΗζ,500ΚΗζ和250kHz。本专利技术所涉及的AD/DA模块为32位微处理器JN5148的内置AD/ DA。电源模块优选AS1117-5.0和AS12117-3. 3两个芯片完成对不同电平大小的转换， 实现不同电源对其他模块和部件的供电。通过电源模块，保证节点既可以采用电池供电，也 可以采用有线的交流电方式进行供电。节点上的各个部件所需的电源，也均由电源模块进 行相应的电平转换。电源模块设计灵活，使得节点在恶劣或者不良的环境工作时，可采用电 池供电、随机布撒的方式，并通过提高处理器以及无线射频模块的工作时间占空比，降低功 耗；在工作条件允许的情况下，如实验室调试、车载设备场合等，可以就近使用有源电源供 电，提高处理器工作效率。感应模块用以感应环境周围的信息，本模块预置温度、湿度传感器用以采集环境 中的温度和湿度信息；本模块预留插槽，以支持最多8个通道的数字式传感器信息和最多4 个通道的模拟传感器信息的接入，实现感应功能的扩展。数字传感器的工作的电气要求为 通用的(Γ3. 3V ；模拟传感器的工作的电气要求为通用的(Γ3. 3V,模拟传感器信息经本模块 接入后，需经过AD/DA模块的模拟-数字的转换。本专利技术所涉及的JTAG调试功能利用32位微处理器JN5148的内置调试模块完成。 JTAG调试模块负责对应用程序的调试和加载，利用本专利技术的底层硬件设施和开放的JTAG 调试模块，可以实现对已加载应用程序的修改和重新加载符合用户需求的应用程序。协调节点和路由节点的特有模块功能和原理说明在内置ROM容量不足时，外置E2PROM是节点的备用存储空间。本专利技术中，芯片JN5148内置的ROM中，预先烧入Zigbee协议、系统数据，断电不丢失；用户的数据和用户程序载入 外置E2PROM,本专利技术优选Jermic公司24AA01系列的E2PR0M。有必要说明的是，本专利技术中传 感器节点无需配置外置E2PROM,采集上的数据临时存储在内置ROM中。协调节点和路由节点通过UART接口与上位机相连，将数据上传给管理者，本专利技术 优选MAX3232芯片，在3. OV 5. 5V电源供电时实现真正的RS-232串口功能。协调节点接有触摸屏，利用触摸屏查询网络节点数据，控制节点工作，触摸屏的控 制芯片由32位微处理器兼做，即协调节点的收发信息、处理信息和触摸屏显示控制信息， 上述功能均由本专利技术所涉及的32位微处理器协调完成。传统的8位(或16位)微处理器 的系统时钟频率为通常小于12M，该类传感器节点若本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．种基于３２位微处理器的无线传感器网络数据采集系统，由上位机和无线传感器网络系统组成，无线传感器网络系统包含协调节点、路由节点和传感器节点，其特征在于，节点中处理器模块采用３２位微处理器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：秦宁宁，孙顺远，何佩，徐保国，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：32