一种无线传感器网络节点设备及控制方法

专利名称：一种无线传感器网络节点设备及控制方法
技术领域：
本发明涉及无线传感器网络技术领域，尤其涉及适于农田信息采 集的无线传感器网络节点设备及控制方法。
背景技术：
精准农业是近年来国际上农业科学研究的热点领域之一。精准农 业的含义就是按照田间每一操作单元的具体条件，精细准确地调整土 壤和作物管理措施，最大限度地优化各项农业投入，以获取最高产量 和最大经济效益，同时保护农业生态环境，保护土地等农业自然资源。 精准农业是现有农业生产措施与新近发展的高新技术的有机结合。目
前精准农业主要从两个方面进行， 一是基于传感器技术的精准农业；
二是基于地理信息系统(Geographic Information System, GIS )、全球 卫星定位系统(Global Positioning System , GPS )、遥感技术 (Remote Sensing, RS )和计算机自动控制系统的精准农业，也就是 所谓的基于"3S"的精准农业。目前，基于管理对象的不同，釆用的 技术基础各异。但无论其基于的技术如何，实现对农田土壤信息的准 确获取，是实施精准农业的关键。
精准农业的本质是根据收集到的土壤作物空间变异信息，在生产 中针对地块的具体情况确定出相应的农业措施。由于田间气候、种植 作物的影响，土壤特征实时都在变化。准确了解土壤特征的变化，不 但有利于有针对性地浇灌，施肥，而且对防止土质变坏、农业科研建
模等都有很大的推动作用。
当前，农田土壤信息获取的主要方式有手持设备的人工获取方 式、基于通用分组无线业务(General Packet Radio Service ， GPRS )
监测方式。利用手持设备人工打点，来获取农田土壤信息是最原始的方式，该方式不但需要耗费大量的人力而且不具有实时性，且数据的 获取量有限，显然已不能满足当前对农田土壤信息的需求。GPRS作 为一种先进的无线移动通信技术，具有数据传输快、永远在线和信号
覆盖广等特点。基于GPRS的土壤监测技术是通过将土壤传感器和 GPRS通信模块直接相连，利用移动通信运行商的GPRS网络，将农 田土壤数据发送到指定数据服务器。该方式的优点在于节点布置灵 活，地域局限性较小。但是，GPRS通信设备电源消粍和体积都很大， 这样一方面不可能实现高密度大范围的采样，另一方面，对农田原有 生态环境也会造成较大的人为影响。
基于无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)的监测网 络，釆用大量微型的无线传感器节点作为土壤感知终端，节点通过相 互协作的方式完成农田土壤数据采集。节点釆用干电池供电，体积微 小，功耗极低，且具有较好的智能处理能力， 一次布设后，几乎不需 要维护，非常适合应用于农田土壤信息釆集。但是，由于无线传感器 网络技术的应用导向性和农田环境条件恶劣、监测周期长、成本要求 低等特点，当前并没有适合于农田信息釆集用的无线传感器网络节点 设备。由于农业的特点，直接移用基于工业或智能家具等背景开发的 较成熟的无线传感器网络节点设备，又不能很好地满足农田信息釆集 的要求和发挥无线传感器网络的技术优势。
农业监测周期长，长期暴露在户外，并且没有电源供给，这就要 求农田应用的无线传感器网络一方面要有很高的可靠性和稳定性，另 一方面又要有很低的电源功耗，以便在以电池为电源时，可以实现长 时间工作。低功耗技术是无线传感器网络技术当前研究的热点，并且 也提出了很多方法，但是这些方法大多仅处于计算机仿真阶段，距离 实际应用还有很大差距。以当前无线传感器网络技术最成熟的Xbow 公司产品为例，Xbow的技术产品虽然有着很好的休眠和唤醒同步性， 但是网络传感器节点的同步性会随着监测时间的延长而增大，最终会导致网络出现"死点"。为解决这一问题，Xb0W的解决方法是在网 络中嵌入大量由太阳能供电的节点，借助于这些不休眠节点实现对网 络同步偏差的校正。太阳能设备体积较大，在农田中放置一方面会破 坏作物生长环境，另外也会影响农机具作业，显然不合适。正是基于 这种情况和当前无线传感器网络技术的发展水平，并结合农业数据需 求的特点，我们有针对性地开发了这一款适合农田环境应用的无线传 感器网络节点，意义深远。

发明内容
本发明的目的是设计一种适合农田信息釆集的无线传感器网络 节点设备及控制方法，从而实现对土壤温湿度、土壤电导率、土壤地 表光照强度和田间空气温湿度的测量釆集。
为实现上述目的，本发明釆用如下技术方案
一种无线传感器网络节点设备，包括电源、釆集数据的传感器、 与网络中其它节点设备和管理设备无线通信的无线射频单元，该设备 还包括
传感器接口单元，用于接入若干个传感器，接收所釆集的数据； 存储单元，用于暂时存储传感器接口单元所接收的数据； 侦听单元，用于通过无线射频单元侦听网络中的时间同步帧； 主控单元，用于在侦听单元侦听到时间同步帧时，或无线射频单 元发送数据后，切断除主控单元外的供电使节点设备休眠，在休眠达 到设定时间后，控制电源给传感器接口单元上电而进行数据釆集，釆 集设定次数后，控制电源给无线射频单元上电，将存储单元中暂时存 储的数据发送。
其中，该设备还包括数据包监测单元，用于在侦听单元侦听到 时间同步帧时，或所述无线射频单元发送数据后，侦听网络中是否存 在其它节点设备正在发送数据包，若存在则等待，且继续侦听；若不 存在或等待至不存在时，切断除主控单元外的供电使节点设备休眠。
其中，该设备还包括与主控单元连接的四线串口单元，用于连接 主控单元和外部手持设备，在手持设备与主控单元之间传输数据，在 将手持设备输出的唤醒信号传输到主控单元后，利用手持设备观察所 述无线传感器网络节点设备当前的电源电压、传感器所釆集的数据信 息，调整节点设备内部用于定时的时间节拍发生器。
其中，该设备还包括外壳，只有传感器置于所述外壳的外部，所 述外壳的顶面和侧面密封，底面留四线串口单元连接手持设备、传感 器接口单元连接传感器的相应引线接口 。
其中，所述传感器包括以下的一种或几种-.
土壤温湿度传感器、土壤电导率传感器、土壤地表光照传感器、 田间空气温湿度传感器。
其中，该设备还包括节点电压釆集单元和节点温度釆集单元，所 述节点电压釆集单元釆集电源电压并发送给主控单元，所述温度采集 单元釆集节点设备内部温度并发送给主控单元。
其中，所述主控单元在控制电源给传感器接口单元、无线射频单
元上电时，主控单元的时钟由7.3728MHz晶振驱动，切断除主控单 元外的供电后，主控单元的时钟由32.768KHz的晶振驱动。
本发明还提供了一种无线传感器网络节点设备的控制方法，该方 法包括以下步骤
s101，节点设备上电复位后，侦听单元侦听网络中来自管理设备 的时间同步帧；
s102，侦听单元接收到时间同步帧时，主控单元利用倒计时计数 器进行休眠倒计时；
s103，若侦听单元在倒计时时间内侦听到网络中其它节点设备的 数据包，执行步骤sl04,若没有侦听到，则执行步骤sl05;
s104，主控单元将倒计时计数器复位，重新开始休眠倒计时，返 回执行步骤sl03; s105,主控单元切断除主控单元外的供电，使设备进入休眠状态；
s106，休眠达到设定时间后，主控单元控制电源为传感器接口单 元上电进行数据釆集，将采集的数据暂时存储，统计数据釆集的次数;
s107，在达到设定次数时，主控单元控制电源给无线射频单元上 电，将暂时存储的数据发送出去，启动休眠倒计时，执行步骤sl03。
其中，在步骤sl07中，在将数据发送出去之后，还包括步骤 统计发送数据的次数，在发送数据的次数达到固定值时，侦听网络中 来自管理设备的时间同步帧；在特定的时间内没有收到来自管理设备 的时间同步帧，则认为与网络失步， 一直侦听网络，当侦听到网络其 他节点设备正在发送数据时，清零内部时间节拍发生器，并启动休眠 倒计时。
其中，如果网络中的管理设备在超过所述特定时间内， 一直未能 收到来自某一节点的数据，则利用手持设备，对节点设备进行诊断， 并对节点设备进行调整配置。
将本发明无线传感器网络节点设备及控制方法应用到农田信息 釆集或其它信息釆集时，具有以下有益效果
若应用到农田信息釆集，设备从农田信息釆集的角度出发，充分 考虑农田中应用的环境特点和数据特点，在保持较小节点体积、较大 集成度和较低软件复杂程度的情况下，提出的基于网络层的时间同步 方法和独特的低功耗休眠模式，很好地满足了农业农田信息釆集的需 求，具有非常大的实际意义和推广价值。


图i为本发明无线传感器网络节点设备结构框图； 图2A为发明实施例中节点设备中外壳结构剖面侧视图； 图2B为发明实施例中节点设备中外壳结构俯视图； 图3为本发明实施例中主控芯片电路连接图； 图4为本发明实施例中四线串口单元电路连接图5为本发明实施例中与主控芯片连接的闪存电路连接图6为本发明实施例中无线射频单元电路连接图7为本发明实施例中测量温度和电导率的传感器接口电路图8为本发明实施例中测量光照强度的传感器接口电路图9为本发明实施例中电源控制管理芯片电路图10为本发明实施例中测量空气湿度和温度传感器接口电路；
图ll为本发明无线传感器网络节点设备控制方法流程图； 图12为本发明实施例中网络节点设备控制方法流程图。
具体实施例方式
本发明提出的无线传感器网络节点设备及控制方法，结合附图和 实施例说明如下。
如图l所示为本发明无线传感器网络节点设备结构框图，该设备 包括
电源U5，为设备中的各个部分供电，本实施例中电源U5采用电 池或电池组；
传感器U8，用于釆集各种数据，本实施例中将设备用于农田信 息釆集，所以釆用的传感器U8包括土壤温湿度传感器、土壤电导率 传感器、土壤地表光照传感器、田间空气温湿度传感器；
无线射频单元U2，与网络中其它节点设备和管理设备无线通信； 传感器接口单元U4，用于接入传感器U8，接收传感器U8所釆集 的数据，并将其暂时存储在存储单元U6，是为满足农田数据釆集而 专门设计的可以满足农田环境传感器接插的传感器接口电路板，通过 该电路板可以有选择性地在节点设备上搭载传感器中的一种或几种； 存储单元U6，用于暂时存储传感器接口单元U4所接收的数据； 侦听单元U7，用于通过无线射频单元U2侦听网络中来自管理设 备的时间同步帧；
主控单元Ul,用来协调控制各模块协调工作，实现低功耗机制
和网络同步机制，在侦听单元U7侦听到时间同步帧时，或无线射频
单元U2发送数据后，主控单元U1控制电源U5只为主控单元U1供电， 切断对其它电路的供电，使设备处于休眠状态，在达到设定时间后， 主控单元U1控制电源U5给传感器接口单元U4上电而进行数据采集， 将节点设备唤醒，釆集设定次数后，控制电源U5给无线射频单元U2 上电，将暂时存储的数据发送到管理设备；
数据包监测单元，分别与主控单元U1和无线射频单元U2连接(图 中未示出)，用于在侦听单元U7侦听到时间同步帧时，或无线射频单 元U2发送数据后，由主控单元U1控制数据包监测单元通过无线射频 单元U2监测网络中是否存在其它节点设备发送的数据包，若存在， 则等待一段时间，在等待至不存在时，主控单元U1控制电源U5只为 主控单元U1供电，该单元保证在一次数据发送过程中待网络中所以 节点设备完成数据发送后再统一进入休眠状态，更有效地保证了时间 网络同步；
四线串口单元U3，用于连接主控单元U1和外部手持设备，在手 持设备与主控单元U1之间传输数据，可以在设备出现故障时，完成 对设备的参数数值和配置，在将手持设备唤醒信号传输到主控单元 Ul后，由主控单元U1控制侦听单元U7通过无线射频单元U2侦听网络
中的时间同步帧，进入网络同步过程；
外壳1，用来封装设备和保护设备内部电路模块的硬质塑料防水
设备，如图2所示是在具体实施中的外壳工程加工图，外壳釆用防水 结构设计，节点设备通过外壳底面的螺丝2固定在田间支架上，只有 传感器U8置于外壳1的外部，外壳l顶面和侧面密封，底面留四线 串口单元U3连接手持设备、传感器接口单元U4连接传感器的相应 引线接口。
本实施例中该设备内部还包括节点电压釆集单元和节点温度采 集单元，节点电压釆集单元釆集电源电压并发送给主控单元，温度釆
集单元釆集节点设备内部温度并发送给主控单元，还可以利用手持设 备与主控单元通信完成对设备节点电压和内部温度的读取。
如图3为本发明实施例中主控芯片电路连接图，节点的主控单元
采用主控制器ATmegal28L实现。具体实现方式如下ATmegal28L 的23、 24管脚连接7.3728MHz无源晶振，18、 19管脚连接32KHz 的无源晶振；46、 54管脚配合，并借助稳压芯片LM4041-1.2实现电 池电压的测量；27、 28、 30、 48脚与FLASH存储芯片AT45DB041 连接(见图5)，用作扩展存储器，存储节点设备的配置参数或运行 过程中的传感器接口单元传输的数据；49、 50、 51分别连接3个不 同色的LED指示灯(见图5)，用来实现对节点设备工作状态的直观 显示红色LED闪烁表示节点设备无线射频单元U2处于接收状态， 设备正在接收来自其他节点的数据，绿色LED用来对传感器数据的 指示，对某些重要传感器数据做判断，如可定义当测得的土壤温度值 超过10。C时，绿色LED亮，黄色LED闪烁表示节点设备的无线射 频单元U2处于发送状态。为了降低设备能耗，在实际应用时，节点 中指示灯LED—般处于关闭状态。主控制器的47管脚与序列号生成 芯片DS2401P相连，从而方便地实现了节点设备的标识号ID分配。 54、 55、 56、 57、 20通过上拉电阻与10-pin插头相连，用作外部JTAG (Joint Test Action Group )接口 ，用于节点设备内部编程、程序下载 等，实现对主控制器ATmegal28L内部FLASH存储器、电可擦写可 编程只读存储器EEPROM、熔丝位和加密位的编程。
如图4所示为本发明实施例中四线串口单元电路连接图，所述四 线串口接口，是指利用特定的手持调试设备，通过该接口的TXD、
RXD、 GND和INT线实现对节点设备的唤醒，并与设备通信。其中 RXD、 TXD、 GND线用来实现手持设备与节点设备的数据通信和参 数配置，INT线用来实现对节点设备的唤醒操作。通过特定手持设备 可以查看节点当前的传感器数据、电源电压。4线串口单元U3部分主
要利用MAX3232串口芯片设计完成。MAX3232用来实现PC机串口的 TIA\EIA-232-F电平与主控制器的TTLACMOS电平的转换。
如图6所示为本发明实施例中无线射频单元电路连接图，无线射 频单元U2主要利用型号为CC1000射频芯片设计完成。CC1000工作 在433MHz频带，最大数据传输速率为76.8kbps，釆用外部无源 14.7456MHz晶振驱动。CC1000通过三线串行接口 PCLK、 PDATA、 PALE与主控制器的PD4、 PD6、 PD7管脚连接，实现对CC1000内 部36个8位配置寄存器的读写，从而完成对CC1000芯片的初始化 配置。CC1000通过SPIMISO、 SPI SCK与微处理器的PB2\PB3、 PB1 连接实现CC1000与微处理器的数据交换；微处理器的61管脚连接 CC1000的RSSI，用来获取空间信号强度。CHP—OUT与微处理器的 45脚连接，用于实现微处理器对PLL LOCK信号的监测。
传感器接口板接入不同传感器可以实现对土壤水分、温度、电导 率、地表空气温度、湿度、光照强度六种状态量的测量。如图7所示 为本发明实施例中测量温度和电导率的传感器接口电路图，其中土壤 水分、温度和电导率是通过型号为ECH-TE的传感器实现的。图8为
本发明实施例中测量光照强度的传感器接口电路图，光照强度是由型 号TSL2561芯片实现的。图IO为本发明实施例中测量空气湿度和温 度传感器接口电路，土壤表面空气湿度、温度是通过型号为HTM2500 传感器实现的。三种传感器都可在最低2.5V的电压下工作，非常适 合低功耗环境应用。工作温度范围在-55。C 125。C，可以适应农田恶 劣的气候环境。图9为本发明实施例中电源控制管理芯片电路图，本 实施例中为实现传感器电源管理，具体配备了低功耗的电源控制管理 芯片MCP1727,通过该芯片可以实现对传感器接口板电源的调整和 管理，并釆用power gating技术，达到在无数据釆集任务时即使关闭 电源，最大可能节省电能的目的。
本实施例中无线传感器网络节点设备及控制方法，实现了低功耗
机制和网络同步机制，节点设备的数据的射频发送周期是数据釆样周
期的整数倍，可以降低无线射频单元U2的功耗；由主控单元U1内部
的定时器，周期性使节点设备进入休眠状态控制设备的休眠，最大程 度地降低了其它各个部件的功耗。这里所说的休眠状态，是指节点除 主控单元外，所有单元模块均断电，主控单元主时钟停止，只有异步
定时器依靠外部32.768KHz晶振驱动工作，实现计时功能。
如图11本发明无线传感器网络节点设备控制方法流程，该方法 包括步骤s101，上电复位后，侦听网络中来自管理设备的时间同步 帧；s102，接收到时间同步帧时，利用倒计时计数器进行休眠倒计时； s103,若在倒计时时间内侦听到网络中其它节点设备的数据包，执行 步骤sl04,若没有侦听到，则执行步骤sl05; s104,将倒计时计数器 复位，重新开始休眠倒计时，并继续侦听网络中来自管理设备的时间 同步帧，返回执行步骤sl03; s105,将设备中各个部分均断电，控制 电源只为主控单元供电，使设备进入休眠状态；s106，休眠达到设定 时间后，控制电源为传感器接口单元上电进行数据釆集，使设备处于 唤醒状态，将采集的数据暂时存储，并统计数据釆集的次数；判断采 集的次数是否达到设定的次数，若没有达到，继续进行数据釆集，若 采集的次数达到设定的次数，执行步骤sl07; s107，将暂时存储的数 据发送到管理设备，统计发送数据的次数；判断发送数据的次数是否 达到设定固定值，若未达到，利用倒计时计数器进行休眠倒计时，返 回执行步骤sl03,若达到设定的固定值，停止倒计时计数器进行休眠 倒计时，侦听网络中来自管理设备的时间同步帧；s108,在特定的时 间内没有收到来自管理设备的时间同步帧，则认为与网络失步， 一直 侦听网络，当侦听到网络其他节点设备正在发送数据时，清零内部时 间节拍发生器，并启动休眠倒计时，重新执行步骤s103。
如果网络中的管理设备在大于步骤s108所述的特定时间内，一 直未能收到来自某一节点的数据，则利用手持设备，对节点设备进行
诊断，并对节点设备进行调整配置。
通过以上步骤可知本实施例中的控制方法，节点设备在上电复位 完成后，并不进入休眠和进行数据釆集，而是侦听网络，等待来自网 络管理节点的时间同步超帧。当接收到时间同步超帧后，每个节点清 零设置主控单元内部的时间节拍发生器(用于计时)。
节点设备在执行完一次数据发送任务后，并不是马上进入睡眠， 而是进入睡眠倒计时，如果在设定时间内侦听到网络中其他节点的数 据包，则节点首先将倒计时计数器复位，重新开始倒计时，然后处理
其他节点数据包，本实施例中设定时间为3s;如果在设定时间内没有
收到其他数据包，则节点进入低功耗睡眠。当节点设备每次按照固定 时间间隔苏醒，并发送数据后，都会执行进入休眠倒计时程序。
本实施例中设定的固定值为24,节点设备每执行完24次数据发送 任务，则停止进入睡眠，等待来自网关的同步超帧，如果在设定的特 定时间内没有收到来自网关的同步超帧，认为与网络失步，停止进入 睡眠， 一直侦听网络，当侦听到网络其他节点数据帧后，调整自身时 间节拍发生器，完成同步校正。
节点设备的主控单元U1被定时唤醒，主控单元每次唤醒后都会
给传感器接口板上电，通过外部传感器釆集数据，但是并不是每次唤 醒后都会给无线射频单元U2上电，而是间隔数次(由用户设定，本 实施例为10)后，才给无线射频单元U2上电，发送数据。从而实现 节点设备的低功耗工作模式。
图12所示是本实施例休眠机制及设备间同步机制在节点设备上 的程序实现原理图。与图ll的过程是相同的，只是限定了设定次数 为24，设定时间为3s，设定的固定值为24,设定的次数为10。整个 过程为当节点设备上电复位完成后，设备并不是立刻进入休眠，而 是等待网络上的汇集节点SINK (管理节点)发出的时间同步超帧。 在收到时间同步超帧后，节点将内部的时间发生节拍器清零，实现网
内时间的初次同步，实际为执行步骤102~ 105的过程。在完成初次 同步后，节点还会在每完成24次数据发送任务后，再次等待SINK 节点的时间同步超帧。通过此方法来弥补网络层时间同步的偏差。在 节点每次苏醒，执行完数据发送任务后，并不是立刻进入睡眠，而是 利用3s钟倒计时方法，来等待网络上其他节点的数据包，进一步提 高了网络节点间的同步程度。
当节点完成清零时间节拍发生器后，进入休眠状态。在该状态下， 几乎所有的节点单元均处于关闭状态，只有休眠控制定时器还在外部 32KHz时钟下工作。当休眠控制定时器发生定时溢出后，主控制器首 先给传感器板上电，进行一次数据釆样，并马上断开传感器板电源， 然后检查缓冲区的存储情况如果缓冲区未满(原理图中缓冲区可存 储10次釆样结果)，则进入睡眠倒计时，准备进入睡眠；如果缓冲区 已满，则主控制器激活射频通信电路单元，发送缓冲区数据。
通过本发明提出的无线传感器的网络节点设备及控制方法，基于 网络层的时间同步方法和独特的低功耗休眠模式，很好地满足了农业 农田信息釆集的需求，具有非常大的实际意义和推广价值。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关 技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下， 还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明 的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求
1、一种无线传感器网络节点设备，包括电源、采集数据的传感器、与网络中其它节点设备和管理设备进行无线通信的无线射频单元，其特征在于，该设备还包括传感器接口单元，用于接入若干个传感器，接收所采集的数据；存储单元，用于暂时存储传感器接口单元所接收的数据；侦听单元，用于通过无线射频单元侦听网络中的时间同步帧；主控单元，用于在侦听单元侦听到时间同步帧时，或无线射频单元发送数据后，切断除主控单元外的供电使节点设备休眠，在休眠达到设定时间后，控制电源给传感器接口单元上电而进行数据采集，采集设定次数后，控制电源给无线射频单元上电，将存储单元中暂时存储的数据发送。
2、 如权利要求l所述的无线传感器网络节点设备，其特征在于， 该设备还包括数据包监测单元，用于在侦听单元侦听到时间同步帧 时，或所述无线射频单元发送数据后，侦听网络中是否存在其它节点 设备正在发送数据包，若存在则等待，且继续侦听；若不存在或等待 至不存在时，切断除主控单元外的供电使节点设备休眠。
3、 如权利要求l所述的无线传感器网络节点设备，其特征在于， 该设备还包括与主控单元连接的四线串口单元，用于连接主控单元和 外部手持设备，在手持设备与主控单元之间传输数据，在将手持设备 输出的唤醒信号传输到主控单元后，利用手持设备观察所述无线传感 器网络节点设备当前的电源电压、传感器所釆集的数据信息，调整节 点设备内部用于定时的时间节拍发生器。
4、 如权利要求3所述的无线传感器网络节点设备，其特征在于，该设备还包括外壳，只有传感器置于所述外壳的外部，所述外壳的顶 面和侧面密封，底面留四线串口单元连接手持设备、传感器接口单元 连接传感器的相应引线接口。
5、 如权利要求l所述的无线传感器网络节点设备，其特征在于，所述传感器包括以下的一种或几种土壤温湿度传感器、土壤电导率传感器、土壤地表光照传感器、田间空气温湿度传感器。
6、 如权利要求l所述的无线传感器网络节点设备，其特征在于，该设备还包括节点电压釆集单元和节点温度釆集单元，所述节点电压 采集单元釆集电源电压并发送给主控单元，所述温度釆集单元釆集节点设备内部温度并发送给主控单元。
7、 如权利要求l所述的无线传感器阿络节点设备，其特征在于，所述主控单元在控制电源给传感器接口单元、无线射频单元上电时， 主控单元的时钟由7.3728MHz晶振驱动，切断除主控单元外的供电后，主控单元的时钟由32.768KHz的晶振驱动。
8、 一种无线传感器网络节点设备的控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤s101，节点设备上电复位后，侦听单元侦听网络中来自管理设备的时间同步帧；s102，侦听单元接收到时间同步帧时，主控单元利用倒计时计数器进行休眠倒计时；s103,若侦听单元在倒计时时间内侦听到网络中其它节点设备的 数据包，执行步骤sl04，若没有侦听到，则执行步骤sl05;s104,主控单元将倒计时计数器复位，重新开始休眠倒计时，返 回执行步骤sl03;s105，主控单元切断除主控单元外的供电，使设备进入休眠状态；s106，休眠达到设定时间后，主控单元控制电源为传感器接口单 元上电进行数据釆集，将釆集的数据暂时存储，统计数据釆集的次数;s107,在达到设定次数时，主控单元控制电源给无线射频单元上 电，将暂时存储的数据发送出去，启动休眠倒计时，执行步骤sl03。
9、 如权利要求8所述的无线传感器网络节点设备的控制方法， 其特征在于，在步骤sl07中，在将数据发送出去之后，还包括步骤统计发送数据的次数，在发送数据的次数达到固定值时，侦听网络中来自管理设备的时间同步帧；在特定的时间内没有收到来自管理设备的时间同步帧，则认为与网络失步， 一直侦听网络，当侦听到网络其他节点 设备正在发送数据时，清零内部时间节拍发生器，并启动休眠倒计时。
10、 如权利要求9所述的无线传感器网络节点设备的控制方法， 其特征在于，如果网络中的管理设备在超过所述特定时间内， 一直未 能收到来自某一节点的数据，则利用手持设备，对节点设备进行诊断， 并对节点设备进行调整配置。
全文摘要
本发明涉及一种无线传感器网络节点设备及控制方法，该设备包括电源；采集数据的传感器；无线射频单元；传感器接口单元；侦听网络中的时间同步帧的侦听单元和暂时存储数据的存储单元，主控单元，在侦听到时间同步帧时或发送数据后，切断除主控单元外的电源使设备休眠，在达到设定时间后给传感器接口单元上电进行数据采集，采集数次后给无线射频单元上电，将数据发送到管理设备，该方法控制设备在完成数次采集后才发送数据，且控制设备定时休眠。将本发明应用到农田信息采集时，由于使用低功耗机制节省了电源，延长了节点设备的寿命，实现了传感器网络各节点同步休眠和唤醒。
文档编号G01N33/24GK101344516SQ200810119230
公开日2009年1月14日 申请日期2008年8月29日 优先权日2008年8月29日
发明者张瑞瑞, 刚 徐, 赵春江, 陈立平 申请人:北京农业信息技术研究中心