一种无线传感器网络节点的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种无线传感器网络节点，包括收发模块、控制模块、传感模块和电源管理模块，所述收发模块采用2.45GHz微波频段进行通讯并读取电子标签；所述控制模块基于2.4GHz频段的无线通信标准同时用于将收发模块和传感模块的信息数据进行融合并实现低速率无线传输；所述传感模块用于采集环境信息数据；所述电源管理模块用于对各个模块进行供电控制。融合RFID的WSN节点设计，不仅能够识别物品同时还能够获取物品的环境信息也即物品的环境信息，增加了支持2.45G微波频段下对ISO18000-4协议RFID标签的读写功能，同时兼容温湿度信息采集，改善了现有的WSN节点功能单一适用范围小的缺点，具有低功耗和占用资源少的优势。
【专利说明】一种无线传感器网络节点
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及物联网系统，尤其涉及一种无线传感器网络节点。
【背景技术】
[0002] 无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Networks)技术融合了通信技术、传感器 技术及计算机网络技术，是多学科交叉的热门研究。作为21世纪最重要的技术之一，最早 始于上个世纪70年代，最先由美军在越南战场上使用。从上世纪80年代起，美国国防部先 后投入大量资金用于对"超视距"战场监控Sensor的研究，主要成果有美军的分布式传感 网络系统、海军协同作战能力系统及远程战场传感系统。无线传感器网络技术正式兴起的 标志是在1999年由全球著名商业杂志《商业周刊》将其列为21项最具潜力及影响力的技 术之一。无线传感器网络由在监测区域部署的大量低成本传感器节点形成的多跳自组织网 络系统，节点之间协同工作，从而实现外部环境信息的感知、数据采集及信息的传输。
[0003] 无线射频识别RFID (Radio Frequency Identification)技术利用射频信号空间 耦合传播，来实现信息的无接触传递及识别，它是一种速度极快效率极高的自动识别和信 息采集技术。在第二次世界大战中最早的使用在军事上，其后随着半导体技术的快速发展， 芯片越做越小，功能越来越强大，RFID技术也得到了快速发展。随着信息化社会的不断推 进，RFID技术的应用范围也越来越广，从仓储管理到零售、物流及供应链管理，从机场行李 管理到自动化管理等等，已经渗透到我们生活的各个方面，与我们的生活联系越来越紧密。
[0004] 当前，这两种技术均是在沿着各自的技术路线向前探索，两者的融合使用很少被 考虑到。但是从通信发展的角度来说，RFID及WSN构成的通信系统，各自均有其不足之处， 限制了其应用领域范围。无线传感器网络对网络中的节点一般不采用全局标识，RFID对节 点进行标识但传输距离限制明显，因此，融合RFID与WSN有了契机同时成为必然。
[0005] WSN传感节点基于分布式网络协议实现组网，节点之间存在数据冗余及流量不均 衡，同时要求能够自动调整以适应外部变化。因此网络体系复杂需要较高能耗来维持网络 的存在。
[0006] 在RFID的实际应用当中，附在物品上的标签只是标识物品或者存储了少量基本 信息，系统很难通过标签了解其与环境之间的信息变化，且有其自身传输距离限制。WSN感 知外界信息的优势及组网恰恰可以弥补其补足，毫无疑问可以提高其应用范围，增强其功 能。 实用新型内容
[0007] 本实用新型为了解决【背景技术】中所涉及的技术问题，提供了一种无线传感器网络 节点。
[0008] 本实用新型的技术方案是：一种无线传感器网络节点，包括收发模块、控制模块、 传感模块和电源管理模块，所述收发模块采用2. 45GHz微波频段进行通讯并读取电子标 签；所述控制模块基于2. 4GHz频段的无线通信标准同时用于将收发模块和传感模块的信 息数据进行融合并实现低速率无线传输；所述传感模块用于采集环境信息数据；所述电源 管理模块用于对各个模块进行供电控制。
[0009] 作为一种优选，所述收发模块执行ISO 18000-4协议。
[0010] 作为一种优选，所述收发模块还设有第一收发天线，所述控制模块设有第二收发 天线。
[0011] 作为一种优选，所述传感模块包括温度传感器和湿度传感器。
[0012] 作为一种优选，所述传感模块还包括模数转换模块用于将传感器采集到的模拟信 号转变为数字信号。
[0013] 综上所述，本实用新型具有以下优点：
[0014] 融合RFID的WSN节点设计，不仅能够识别物品同时还能够获取物品的环境信息 也即物品的环境信息，在仓储监控管理中，一举两得。相对于人工仓储的监控管理，部署 该节点，将会明显提升管理效率，同时降低管理成本。增加了支持2. 45G微波频段下对 IS018000-4协议RFID标签的读写功能，同时兼容温湿度信息采集，改善了现有的WSN节点 功能单一适用范围小的缺点，具有低功耗和占用资源少的优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1是本实施例的硬件电路结构框图；
[0016] 图2是本实施例的收发模块电路原理图；
[0017] 图3是本实施例的第一收发天线的外形图；
[0018] 图4是本实施例的控制模块电路原理图；
[0019] 图5是本实施例的第二收发天线的外形图；
[0020] 图6是本实施例的温度传感器电路原理图；
[0021] 图7是本实施例的电源管理模块的电路原理图；
[0022] 图8是本实施例的电源管理模块中LD0原理图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图以实施例对本实用新型作进一步说明。
[0024] 如图1-8所示，一种无线传感器网络节点，包括收发模块、控制模块、传感模块和 电源管理模块，所述收发模块采用2. 45GHz微波频段进行通讯并读取电子标签；所述控制 模块基于2. 4GHz频段的无线通信标准同时用于将收发模块和传感模块的信息数据进行融 合并实现低速率无线传输；所述传感模块用于采集环境信息数据；所述电源管理模块用于 对各个模块进行供电控制。所述收发模块执行ISO 18000-4协议。所述收发模块还连接有 第一收发天线，所述控制模块连接有第二收发天线。所述传感模块包括温度传感器和湿度 传感器。
[0025] 所述传感模块还包括模数转换模块用于将传感器采集到的模拟信号转变为数字 信号。
[0026] 微波2. 45GHz频段收发模块主要有天线和射频前端芯片nRF24LEl构成，nRF24LEl 驱动天线并从天线上获取标签反射的信号，经过放大滤波，AM解调，数字解调后将标签信息 的曼彻斯特编码发送给控制部分。nRF24LEl外围基本电路设计，如图2所示。
[0027] 与收发模块相连的第一收发天线采用蛇形。蛇形天线是将天线弯曲，使其在垂直 方向增加电流流向，这样可以减小电流流经长度。蛇形天线布置在顶层。其结构尺寸如图 3所示。
[0028] 控制模块包括主控模块和射频子模块，主要包括CC2530单片机、天线接口、晶振 及I/O扩展接口。32和33引脚之间接32K晶振，用于休眠模式下。22和23引脚之间接 32M晶振，作为系统主时钟。25和26脚之间接天线匹配电路。5、6引脚分别与SHT10的时 钟输入脚和串口数据脚相连，用于对传感器的控制和传感信息的获取。16、17引脚分别与 24LE1的异步串行数据总线的接收和发送引脚相连，用于主控模块部分获取阅读器的标签 信息。CC2530外围基本电路设计如图4所示。
[0029] 与控制模块相连的第二收发天线采用倒F形，它以外形酷似字母F得名。倒F型 PCB天线结构简单、易于匹配。倒F天线的外形及尺寸大小如小图5所示。
[0030] 温湿度传感器采用SHT10芯片，SHT10芯片共有四个引脚，两个电源引脚 (SB_3V3, GND)和两个串行接口（P15_SHTSCK, P14_SHTDATA)。SHT10 的供电电压为 2. 4?5. 5 伏，本设计采用3. 3伏供电。传感器上电后，要等待11ms以越过"休眠"状态。3脚为串行 时钟输入，用于单片机和传感器芯片之间的通讯同步。2脚为数据线，用于和控制模块的数 据传输。其电路设计如图6所示。
[0031] 由于融合RFID的WSN节点能源有限，所以低功耗要求非常高。电源管理模块给各 功能模块进行供电时，收发模块使用3. 3V电源；控制模块工作输入电压要求为3. 3V，创按 模块工作电压为3. 3V。其电路设计如图7所示。图8示出了电源管理模块中低压差线性稳 压器的电路设计图。
[0032] 以上说明仅仅是对本实用新型的解释，使得本领域普通技术人员能完整的实施本 方案，但并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要 对本实施例做出没有创造性贡献的修改，这些都是不具有创造性的修改。但只要在本实用 新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。
【权利要求】
1. 一种无线传感器网络节点，其特征在于：包括收发模块、控制模块、传感模块和电源 管理模块，所述收发模块采用2. 45GHz微波频段进行通讯并读取电子标签；所述控制模块 基于2. 4GHz频段的无线通信标准同时用于将收发模块和传感模块的信息数据进行融合并 实现低速率无线传输；所述传感模块用于采集环境信息数据；所述电源管理模块用于对各 个模块进行供电控制。
2. 根据权利要求1所述的一种无线传感器网络节点，其特征在于：所述收发模块执行 ISO 18000-4 协议。
3. 根据权利要求1所述的一种无线传感器网络节点，其特征在于：所述收发模块还设 有第一收发天线，所述控制模块设有第二收发天线。
4. 根据权利要求1所述的一种无线传感器网络节点，其特征在于：所述传感模块包括 温度传感器和湿度传感器。
5. 根据权利要求1所述的一种无线传感器网络节点，其特征在于：所述传感模块还包 括模数转换模块用于将传感器采集到的模拟信号转变为数字信号。
【文档编号】G08C17/02GK203894936SQ201420311554
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2014年6月12日
【发明者】蒋晖, 赵文强, 郭喜, 马明焱, 王玲艳 申请人:中山达华智能科技股份有限公司