一种射频装置以及无线传感器网络系统的制作方法

本发明涉及工业监测领域，特别涉及一种用于进行无线网络监测的射频装置以及采用该种射频装置的无线传感器网络系统。

背景技术：

时间同步是无线传感器网络的重要支撑技术之一。如系统数据采集、协同休眠、时分多址等基于传感器的网络应用，都需要传感器网络中各个节点的时钟保持同步。

无线传感器网络中的多数节点是无人值守的，仅携带有少量有限能源，为了延长无线传感器网络的使用期限，无线传感器网络中的节点在大部分时间内都处于休眠状态。为了能够协同完成工作任务，各个节点必须协同休眠，这就要求各个节点均能够准确的进行时间同步。

无线传感器网络中节点进行时间同步的装置是其所使用的射频模块(装置)，目前常见的射频模块，采用射频信号处理器内部的低频RC(Resistance-Capacitance，电阻电容)振荡器作为同步参考时钟。而低频RC振荡器受环境温度变化的影响较大，会导致低频RC振荡器的同步精度差，进而无法实现无线传感器网络的高精度同步数据采集、协同休眠等任务。

另外现有的射频信号处理器内部看门狗(看门狗就是定期的查看芯片内部的情况，一旦发生错误就向芯片发出重启信号的电路)的延时周期较短，通常最长只有几毫秒，所以射频信号处理器只能通过频繁唤醒看门口以防止看门狗定时器溢出。而频繁唤醒增加了整个无线传感器网络的系统功耗，从而缩减了工作时间。

再者，现有常见的射频模块的射频信号处理器内部使用非易失存储器来存储系统重要参数，其内部存储器没有写保护措施，存在系统参数丢失的风险。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种射频装置以及采用该射频装置的无线传感器网络系统，以提高无线传感器网络的时间同步精度并降低无线传感器网络的系统功耗。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种射频装置，包括：

射频信号处理器，所述射频信号处理器连接于外部设备，并通过射频天线收发信息，以建立所述外部设备的无线射频通信连接；

外部晶体振荡器，所述外部晶体振荡器连接于所述射频信号处理器，以向所述射频信号处理器提供时钟频率；

RTC电路，所述RTC电路连接于所述射频信号处理器，以在预设的时间唤醒所述射频信号处理器工作，并在所述射频信号处理器工作完成后使得所述射频信号处理器进入休眠；

看门狗电路，所述看门狗电路连接于所述射频信号处理器，以向所述射频信号处理器发送复位信号，使所述射频信号处理器重新启动；以及，

外部非易失存储器，所述外部非易失存储器连接于所述射频信号处理器，以保存所述射频装置的参数。

进一步，所述外部晶体振荡器为带有外部晶体的低频振荡器。

进一步，在-40℃至85℃范围内，所述外部晶体振荡器的频率变化小于30ppm。

进一步，所述RTC电路的工作电流为1uA。

进一步，所述看门狗电路的延时周期为244微秒至4小时15分钟。

进一步，所述外部非易失存储器为具有写保护功能的非易失存储器。

一种无线传感器网络系统，包括：

监控子网络以及至少一个传感器采集子网络；其中，

每个所述传感器采集子网络包括：

至少一个传感器，所述传感器安装于数据采集位置，以在所述数据采集位置进行数据采集；

第一射频装置，所述第一射频装置电连接于所述至少一个传感器；

所述监控子网络包括：

监控主机；

第二射频装置，所述第二射频装置电连接于所述监控主机；

所述监控主机和至少一个传感器之间通过所述第一射频装置和第二射频装置进行无线通信；其中，

所述第一射频装置和第二射频装置均采用如上任一项所述的射频装置。

从上述方案可以看出，本发明的射频装置和无线传感器网络系统中，采用了外部晶体振荡器，相比于传统射频信号处理器内部的低频RC振荡器来说，外部晶体振荡器拥有更高的精度，进而使用外部晶体振荡器可以有效提高无线传感器网络系统的同步精度。本发明采用RTC电路实现了长时间休眠定时唤醒功能，使射频模块在不进行数据传输时一直保持低功耗休眠状态，当设定时间到了后RTC唤醒射频模块，使其正常工作，可以有效降低模块功耗。本发明中添加外部长延时周期看门狗电路，使看门狗延时周期最长可以设置到几个小时，可以减少射频信号处理器唤醒喂狗的频率，降低系统功耗，增加了系统工作时间。同时外置看门狗电路具有自己的时钟源，不会受到射频信号处理器内部时钟故障的影响，在出现射频信号处理器硬件故障时，外置的看门狗电路依旧可以正常工作，可以重新复位停止的射频信号处理器，重新激励射频信号处理器的晶振起振，使系统恢复工作，提高系统鲁棒性。另外本发明中，射频装置添加外部具有写保护功能的非易失存储器，可以减小系统参数丢失风险，提高系统鲁棒性，当系统上电或复位时外部非易失存储器默认处于写保护状态，即射频信号处理器不能向外部非易失存储器进行写操作，可以避免系统电源不稳定等情况下的误操作。综合上述整体的效果，本发明提高了无线传感器网络的时间同步精度并降低了无线传感器网络的系统功耗。

附图说明

图1为本发明的射频装置实施例结构示意图；

图2为本发明的无线传感器网络系统实施例组成结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的射频装置1的实施例包括射频信号处理器11、外部晶体振荡器12、RTC(Real-Time Clock，实时时钟)电路13、看门狗电路14和外部非易失存储器15。其中，所述射频信号处理器11连接于外部设备2，并通过射频天线16收发信息，以建立所述外部设备2的无线射频通信连接。所述外部晶体振荡器12连接于所述射频信号处理器11，以向所述射频信号处理器11提供时钟频率。所述RTC电路13连接于所述射频信号处理器11，以在预设的时间唤醒所述射频信号处理器11工作，并在所述射频信号处理器11工作完成后使得所述射频信号处理器11进入休眠。所述看门狗电路14连接于所述射频信号处理器11，以向所述射频信号处理器11发送复位信号，使所述射频信号处理器11重新启动。所述外部非易失存储器15连接于所述射频信号处理器11，以保存所述射频装置1的参数。

本发明实施例中，所述外部晶体振荡器12为带有外部晶体的低频振荡器，在-40℃至85℃范围内，所述外部晶体振荡器12的频率变化小于30ppm(parts per million，每百万单位)。本发明实施例中，外部晶体振荡器12为带有外部晶体的低频振荡器，相比于现有的在射频信号处理器内部的低频RC振荡器，外部晶体振荡器拥有更高的精度。RC振荡器能够快速启动，但是通常在整个温度和工作电源电压范围内精度较差，通常会在标称输出频率的百分之几到百分之十几的范围内变化，RC振荡器的性能受环境条件的影响较大，而本发明实施例采用的外部晶体振荡器在整个工作温度范围(-40～85℃)内频率变化小于30ppm，进而采用该外部晶体振荡器来实现低功耗无线传感器网络的时间同步，能够有效地提高同步精度。

本发明实施例中，所述RTC电路13的工作电流为1uA。本发明实施例使用RTC电路，可以实现长时间休眠定时唤醒功能，使得射频信号处理器11在不进行数据传输时能够一直保持低功耗休眠状态，当设定时间到了后RTC唤醒射频信号处理器11，使其正常工作，可以有效降低模块功耗。本发明实施例中，所述RTC电路13的工作电流只有1uA左右，当射频装置1的无线传感器节点不需要进行数据采集或数据传输的时候设置RTC电路13让其在某一个特定时间唤醒，然后进入休眠状态减少系统功耗，当所设置的时间到了后，RTC电路13唤醒射频信号处理器11以使得该无线传感器节点进入正常工作状态，进行数据采集或传输等任务，任务完成后再次进入休眠状态，如此循环，降低系统功耗。

本发明实施例中，所述看门狗电路14的延时周期为244微秒至4小时15分钟。看门狗电路是一种计数器，它需要在一定的看门狗延时周期内被清零，如果没有清零动作，看门狗电路将产生一个复位信号使系统重新启动。现有的单片机内置看门狗(如射频信号处理器内置的看门狗)，只能解决软件程序导致的系统跑飞，而一旦外部晶振停止振动，单片机将丧失时钟，导致内置看门狗也无法计时，系统将彻底停止。而在出现上述硬件故障下，外置的看门狗(如本发明实施例中的看门狗电路14)具有自己的时钟源，能够依旧正常工作，可以重新复位停止的单片机，重新激励外部晶振起振，使系统恢复工作，提高系统鲁棒性。其次，本发明实施例中使用长延时周期的看门狗电路，可以将延时周期设置为244us至4小时15分钟，在一些特殊应用场合中可以使射频信号处理器长时间休眠以减少醒来喂狗的频率，降低功耗。

本发明实施例中，所述外部非易失存储器15为具有写保护功能的非易失存储器。本发明实施例通过添加具有写保护功能的外部非易失存储器，以保存系统参数，增加了系统数据安全可靠性。而目前现有的射频装置都是采用单片机内部存储器存储系统配置参数等数据，这种现有的方式存在一定的数据丢失风险，当程序鲁棒性做的不好，程序跑飞时有可能出现系统重要数据丢失问题。这在高可靠性系统中是不允许出现的。本发明实施例使用具有写保护功能的外部非易失存储器可以有效降低系统参数丢失的可能，提高系统的鲁棒性。当系统上电或复位时外部非易失存储芯片默认处于写保护状态，即射频信号处理器不能向外部非易失存储进行写操作，可以避免系统电源不稳定等情况下的误操作。

本发明实施例还同时是提供了一种无线传感器网络系统，该无线传感器网络系统使用了如上介绍的射频装置。

如图2所示，本发明实施例的无线传感器网络系统包括监控子网络10以及至少一个传感器采集子网络20。

其中，每个所述传感器采集子网络20包括至少一个传感器201和一个第一射频装置202。各个所述传感器201分别安装于各自的数据采集位置，以在各自的数据采集位置进行数据采集。例如，传感器类型可包括压力传感器、温度传感器、湿度传感器等等，各种传感器根据各自的功能以及需要监控的位置或区域分别安装于所要安装的位置，以进行相应数据的采集。所述第一射频装置202电连接于所述至少一个传感器201，以将所连接的传感器采集的数据通过无线射频的方式发送出去，并且，通过无线射频的方式接收设置传感器的指令、数据等信息，并发送至对应的传感器以实现对传感器的设置。

所述监控子网络10包括监控主机101和第二射频装置102。其中，所述监控主机101用于设置各个传感器201并收集各个传感器201所采集到的数据，并对数据进行分析等工作。所述第二射频装置102电连接于所述监控主机101，以通过无线射频的方式接收各个传感器201通过第一射频装置202发送来的监测数据并转发给监控主机101，同时，所述第二射频装置102还将监控主机101对传感器201进行设置的指令、数据等信息通过无线射频的方式进行发送。所述监控主机101和至少一个传感器201之间通过所述第一射频装置202和第二射频装置102进行无线通信。其中，所述第一射频装置202和第二射频装置102均采用如上述说明的射频装置1。

由于采用了本发明实施例中的射频装置1，使得第二射频装置102和每个第一射频装置202之间的时间同步精度大大提升，同时也降低了整个无线传感器网络系统的功耗。

本发明的射频装置和无线传感器网络系统中，采用了外部晶体振荡器，相比于传统射频信号处理器内部的低频RC振荡器来说，外部晶体振荡器拥有更高的精度，进而使用外部晶体振荡器可以有效提高无线传感器网络系统的同步精度。本发明采用RTC电路实现了长时间休眠定时唤醒功能，使射频模块在不进行数据传输时一直保持低功耗休眠状态，当设定时间到了后RTC唤醒射频模块，使其正常工作，可以有效降低模块功耗。本发明中添加外部长延时周期看门狗电路，使看门狗延时周期最长可以设置到几个小时，可以减少射频信号处理器唤醒喂狗的频率，降低系统功耗，增加了系统工作时间。同时外置看门狗电路具有自己的时钟源，不会受到射频信号处理器内部时钟故障的影响，在出现射频信号处理器硬件故障时，外置的看门狗电路依旧可以正常工作，可以重新复位停止的射频信号处理器，重新激励射频信号处理器的晶振起振，使系统恢复工作，提高系统鲁棒性。另外本发明中，射频装置添加外部具有写保护功能的非易失存储器，可以减小系统参数丢失风险，提高系统鲁棒性，当系统上电或复位时外部非易失存储器默认处于写保护状态，即射频信号处理器不能向外部非易失存储器进行写操作，可以避免系统电源不稳定等情况下的误操作。综合上述整体的效果，本发明提高了无线传感器网络的时间同步精度并降低了无线传感器网络的系统功耗。

从上述方案可以看出，本发明的射频装置和无线传感器网络系统中，采用了外部晶体振荡器，相比于传统射频信号处理器内部的低频RC振荡器来说，外部晶体振荡器拥有更高的精度，进而使用外部晶体振荡器可以有效提高无线传感器网络系统的同步精度。本发明采用RTC电路实现了长时间休眠定时唤醒功能，使射频模块在不进行数据传输时一直保持低功耗休眠状态，当设定时间到了后RTC唤醒射频模块，使其正常工作，可以有效降低模块功耗。本发明中添加外部长延时周期看门狗电路，使看门狗延时周期最长可以设置到几个小时，可以减少射频信号处理器唤醒喂狗的频率，降低系统功耗，增加了系统工作时间。同时外置看门狗电路具有自己的时钟源，不会受到射频信号处理器内部时钟故障的影响，在出现射频信号处理器硬件故障时，外置的看门狗电路依旧可以正常工作，可以重新复位停止的射频信号处理器，重新激励射频信号处理器的晶振起振，使系统恢复工作，提高系统鲁棒性。另外本发明中，射频装置添加外部具有写保护功能的非易失存储器，可以减小系统参数丢失风险，提高系统鲁棒性，当系统上电或复位时外部非易失存储器默认处于写保护状态，即射频信号处理器不能向外部非易失存储器进行写操作，可以避免系统电源不稳定等情况下的误操作。综合上述整体的效果，本发明提高了无线传感器网络的时间同步精度并降低了无线传感器网络的系统功耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。