专利名称：一种无线传感网物理开发平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及物联网技术领域，特别是涉及一种无线传感网物理开发平台。
背景技术：
无线传感器网络(Wireless Sensor Network,简称“WSN”)是由具有无线通信,感知及计算能力的微型传感器节点组成的“智能”网络，它涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域，现已广泛应用于军事、农业、环境检测、医疗卫生、工业、智能交通等各种领域。传感器网络市场需求广阔，应用面和传统通信行业相比更为丰富。传感器产业化面临的最大问题即是如何在应用环境多样性前提条件下，提取出相关共性要素，在设备层面实现共性化设计制造，为丰富的应用场景提供快捷的设备级支持。传感器网络的应用领域极其广泛，不同的应用对设备提出了差异极大的要求，针对每种特定应用开发各自适用的传感器网络设备无疑将明显增加传感网络的设备开发周期、系统研发和部署成本，难以快速应用最新的技术成果以提高系统性能。同时，由于传感器网络相关技术日新月异，为使平台保持与当今先进技术同步、更新，必须采用标准化、模块化的开放平台设计思想进行设计。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种无线传感网物理开发平台，实现无线传感网物理开发平台的标准化和模块化。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种无线传感网物理开发平台，包括母板，所述母板上设有总线接口 ；所述无线传感网物理开发平台还包括分别通过母板上总线接口安装在母板上的主控及信息处理模块、射频模块、感知信息获取模块和电源管理模块；所述主控及信息处理模块分别与射频模块、感知信息获取模块和电源管理模块相连；所述主控及信息处理模块用于控制母板上的各个模块；所述感知信息获取模块用于通过各种传感器获取信息；所述射频模块用于完成感知信息直接的传输；所述电源管理模块用于为母板上的各个模块供电。无线传感网物理开发平台还包括通过母板上总线接口安装在母板上的感知信息处理模块；所述感知信息处理模块还分别与主控及信息处理模块和所述感知信息获取模块相连，用于对感知信息获取模块获取的信息进行处理。无线传感网物理开发平台还包括通过母板上总线接口安装在母板上的外设接口模块；所述外设接口模块还与所述主控及信息处理模块相连。所述总线接口包括互连总线接口、全局总线接口和FPGA可重配置总线接口 ；所述互连总线接口用于实现各个模块之间相连；所述全局总线接口包括全局并行总线接口、全局串行总线接口与全局GPIO总线接口，所述全局并行总线接口用于实现各个模块之间的大数据量读取，所述全局串行总线接口用于用于对各个模块状态进行配置；所述FPGA可重配置总线接口用于未定义功能与扩展功能。所述总线接口采用互连总线接口优先原则和总线隔离原则结合的方式进行工作。所述母板与各个模块之间采用接插件的方式相连。所述射频模块为射频收发器组成的电路。所述射频模块包括基带芯片和射频前端；所述基带芯片做为第一子板直接和主控模块连接，射频前端做为二子板直接扣在第一子板上。有益效果由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果本发明采取离散的模块化设计思想，各部分功能模块首先实现独立调试定型，并初步完成系统集成，避免概念设计阶段采取集成设计带来的时间和成本风险，设计风险和开发周期均得到降低或缩短，同时满足传感器网络产业的需求多样性特征和其对不同需求的快速反应能力。本发明中各个功能模块功能独立，可进行单独验证，并且各个功能模块之间通过三类不同层次的总线实现互连，完成各个功能部件之间的功能验证与可重构设计。这类共性设备和模块通过与集成开发环境进行二次开发，通过简单组装，能够为各种应用设计针对性应用产品。
图I是本发明的物理平台功能框图。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本发明的实施方式涉及一种无线传感网物理开发平台，如图I所示，物理开发平台依据传感器网络设备硬件架构实现模块化的设计思想，将传感器设备分为基于总线接口的母板，以及主控与信息处理、获取接口、射频、基带、协议、数据存储与外设接口、电源管理和时钟管理等几个子系统。其技术思路充分满足了传感器网络产业的需求多样性特征和其对不同需求的快速反应能力。模块的部件集成度、专业化程度较高，通过简单的可插拔器件即可实现与母板的对接。而感知信息接口与外设接口由于涉及传感器、外设总类较多，母板上除尽可能提供常用的外设部件，大部分功能以扩展接口的形式体现。母板上实现模块间互连包括三类总线，模块间专用互连总线，全局总线，FPGA可重配置总线。模块间专用互连总线仅仅实现两类模块之间的直接互连，例如主控及信息处理模块与外设接口、感知信息处理模块、感知信息获取接口之间的专用互连接口，感知信息处理模块与感知信息获取模块之间的专用互连接口，这类互连接口一般具有明确的信号功能定义。全局总线是指全局并行总线、串行总线与全局GPI0，并行总线用于实现多个模块之间的大数据量读取，串行总线用于对多个模块状态进行配置，一般不用于数据传输，这类互连接口一般具有明确的信号功能定义。FPGA可重配置总线主要用于未定义功能与扩展功能，主控及信息处理模块通过FPGA总线功能进行扩展，全局总线通过连接FPGA实现相关总线功能扩展，主控及信息处理模块通过FPGA专用接口实现部分未定义功能扩展。这类互连接口一般不具有明确的信号功能定义，可以根据实际情形可重构设计。三类总线在物理开发平台母板上的设计原则包括两项原则。其一为专用互连总线优先原则，即各个模块在设计过程中，使用总线应该以专用互连总线优先为原则，其次为全局总线和FPGA可重配置总线，后两者优先级根据情况而定。其二为总线隔离原则，即为便于功耗测试和功能扩展，以上定义为模块的部件和外设接口中的2G、3G、串口转网口，GPS， SD卡等模块均可通过可插拔实现总线隔离，对于部分直接放置在母板上的部件，应用过总线隔离器件(例如7416245芯片)实现隔离，FPGA互连设备不需要隔离。电源路径在物理开发平台上的设计原则包括两项原则。其一为电源模块到各个模块的电源路径在母板上能够实现独立可测量。其二为母板上固定元器件以及外设接口器件电源从电源模块专门提供一路进行设计，这一路电源不需要进行功耗测试。具体的，物理开发平台包括下述模块A、母板采用接插件的方式，完成各个功能模块之间需要交互的信号的互联互通。因为各模块间需要交互的信号比较多，并且存在不确定性，所以母板上不仅要提供固定的硬连线， 还要提供随时可以改变的“软连线”。“软连线”经由主板上一片大规模FPGA实现，FPGA程序通过设置在母板上的专用JTAG 口进行加载。为了调试的方便性，母板上设置了对应于每个模块的复位按键。母板上的FPGA还外接了一个小屏，用来显示母板的一些配置结果，非常直观。因为相同的外设要匹配不同的CPU，在母板上还设置了电压可控的电平转换接口， 该电压通过电源子板的软件可控电压来实现。B、主控模块主控及信息处理模块是整个平台的核心，因为采用了模块化设计，外设和主控板分离，根据需要该主控板可以接入多种CPU主控板，如i. MX27主控板、AT9263主控板、ST107 主控板、MSP430主控板、以及PICl28主控板等，功能丰富，选择多样。该模块根据需要完成对平台上所有模块的控制功能，同时提供绝大部分的对外接口。该模块在绝大多数情况下是必须的。当感知信息不需要复杂处理时，采取如下路径感知信号一 >模拟信号调理板一 >协处理板一 >主控板一 >无线设备，完成感知信息获取和传输的工作。当感知信息需要复杂处理时，采取如下路径感知信号一>模拟信号调理板一 >主控板一 >无线设备，完成感知信息获取和传输的工作。主控模块的CPU根据应用环境选择相应的处理器(低性能单片机MSP430系列， 中性能处理器CortexTM-M3，高性能处理器ARM926EJ-S 。)，通过串行接口(低功耗RF)或者并行接口(中高速RF)同射频模块连接，通过串行或者并行接口同感知信息获取模块连接(模拟信号调理板)，通过串行接口同电源板连接，通过串行或者并行接口同协处理模块 DSP连接。该模块自带调试接口，同时经由自身的总线扩展出各种接口，如串口、485 口、存储卡插槽、网口、USB 口等。C、协处理模块感知信息处理模块也是该平台的重要部分，采取模块化设计，接入和处理各种感知信号，根据需要信息处理板有多种选择，如DM365处理板、C6467处理板等。当感知信号需要做信息协同处理或者传感量的计算量特别大需要协处理模块 (DSP/RISC)进行处理时，则采用如下处理路径感知信号一 >感知信号调理板一 >协处理板一 >主控板一 >无线设备。当感知信号的处理相对简单时，也可采取如下路径 感知信号一 >协处理板一 >主控板一 >无线设备。该模块通过并行接口或串行接口和主控模块连接，通过并行接口或串行接口同感知信息获取模块连接(信号调理板)。该模块自带调试口，当主控模块不存在时，可以完成主控模块的工作。D、射频模块右侧无线设备区，整合中高速无线设备和各种低功耗无线设备，以及2G/3G无线设备，完成经物理平台处理后的各种感知信息的传输功能。该模块根据应用的不同，可以是射频收发器组成的电路，也可以是射频前端+基带芯片。当该模块是射频收发器时，相对简单，只需要根据射频收发芯片的接口需求，直接和主控模块连接即可。当该模块包含基带芯片+射频前端时，基带芯片及其周边电路做成一个子板，直接和主控模块连接，射频前端也做成一个子板，直接扣在基带板上。E、电源管理模块电源管理模块完成整板的供电功能，其采用简单处理器(MSP430)，可以控制电源板的输出电压，以方便母板及各个模块的使用。电源板还通过串口跟主控板相连，接受主控板的控制。F、感知信息获取模块该模块通过各种传感器获取信息，获取的模拟信号经信号调理板进行某些必要的处理后，送往协处理模块或主控模块进行信息处理。 表I典型研制共性模块说明表
权利要求
1.一种无线传感网物理开发平台，包括母板，其特征在于，所述母板上设有总线接口 ； 所述无线传感网物理开发平台还包括分别通过母板上总线接口安装在母板上的主控及信息处理模块、射频模块、感知信息获取模块和电源管理模块；所述主控及信息处理模块分别与射频模块、感知信息获取模块和电源管理模块相连；所述主控及信息处理模块用于控制母板上的各个模块；所述感知信息获取模块用于通过各种传感器获取信息；所述射频模块用于完成感知信息直接的传输；所述电源管理模块用于为母板上的各个模块供电。
2.根据权利要求I所述的无线传感网物理开发平台，其特征在于，还包括通过母板上总线接口安装在母板上的感知信息处理模块；所述感知信息处理模块还分别与主控及信息处理模块和所述感知信息获取模块相连，用于对感知信息获取模块获取的信息进行处理。
3.根据权利要求I所述的无线传感网物理开发平台，其特征在于，还包括通过母板上总线接口安装在母板上的外设接口模块；所述外设接口模块还与所述主控及信息处理模块相连。
4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的无线传感网物理开发平台，其特征在于， 所述总线接口包括互连总线接口、全局总线接口和FPGA可重配置总线接口 ；所述互连总线接口用于实现各个模块之间相连；所述全局总线接口包括全局并行总线接口、全局串行总线接口与全局GPIO总线接口，所述全局并行总线接口用于实现各个模块之间的大数据量读取，所述全局串行总线接口用于用于对各个模块状态进行配置；所述FPGA可重配置总线接口用于未定义功能与扩展功能。
5.根据权利要求4所述的无线传感网物理开发平台，其特征在于，所述总线接口采用互连总线接口优先原则和总线隔离原则结合的方式进行工作。
6.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的无线传感网物理开发平台，其特征在于， 所述母板与各个模块之间采用接插件的方式相连。
7.根据权利要求I所述的无线传感网物理开发平台，其特征在于，所述射频模块为射频收发器组成的电路。
8.根据权利要求I所述的无线传感网物理开发平台，其特征在于，所述射频模块包括基带芯片和射频前端；所述基带芯片做为第一子板直接和主控模块连接，射频前端做为二子板直接扣在第一子板上。
全文摘要
本发明涉及一种无线传感网物理开发平台，包括母板，所述母板上设有总线接口；所述无线传感网物理开发平台还包括分别通过母板上总线接口安装在母板上的主控及信息处理模块、射频模块、感知信息获取模块和电源管理模块；所述主控及信息处理模块分别与射频模块、感知信息获取模块和电源管理模块相连；所述主控及信息处理模块用于控制母板上的各个模块；所述感知信息获取模块用于通过各种传感器获取信息；所述射频模块用于完成感知信息直接的传输；所述电源管理模块用于为母板上的各个模块供电。本发明实现无线传感网物理开发平台的标准化和模块化。
文档编号H04W84/18GK102595655SQ201210019329
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月20日 优先权日2012年1月20日
发明者付耀先, 夏钊, 孙德云, 沈杰, 黄河清 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所, 中国科学院嘉兴无线传感网工程中心