专利名称：一种无线传感器网络传感节点装置及其运行方法
技术领域：
本发明涉及通信中的传感器网络技术领域，特别是无线通信中的传感器网络技术领域，具体是ー种无线传感器网络传感节点装置及其运行方法。
背景技术：
随着微电子技木、MEMS技术、计算技术和无线通信等技术的进步，推动了低功耗多功能传感器的快速发展，使其在微小体积内能够集成信息采集、数据处理和无线通信等多种功能，从而促进了无线传感器网络技术的诞生。无线传感器网络技术在水库大坝监测、建筑物和桥梁监测、危险源和污染源监测、设备和装备监测、仓储监测等应用场合有着广泛的应用场景。在这些应用场合中，传统上通常使用三种方式对这些场合进行监测(I)离线的人工巡检方式，这种方式尽管有一定的效果，但是缺乏实时性、及时性、准确性、远程化、网络化和低成本，而且漏报率较高；(2)有线方式，采用这种方式实施实时监测和预警，其数据传输的可靠性是容易保证的，并且确有一定的成效，但从更广泛的切合应用实际意义、推广价值和未来发展的角度看，其存在系统投资大、成本高、性价比低，系统的电缆复用率低、复杂性高，导致系统的故障率高、不便于维护，同时系统的扩展性差，使得监测容量相对较小，特别是在其监测系统已安装好后需要増加监测区域的情况下，不但需要对软件，而且还需要对硬件作较大的改动，甚至需要重新设计制作；(3)GSM、2G或3G公共无线网方式，这种方式对于大范围区域进行监测和预警是ー个值得考虑的解决方案，但对于小范围区域它却不尽合理，因为其运行成本高，普及推广价值不大，更为重要的是，无线收发由于天线等的表面浄电电荷、闻频福射等因素在收发功率较大时可能广生闻频电火花，特别在环境恶劣时发生的可能性更大。而且，根据GSM、2G或3G系统的蜂窝式无线数据传输的固有机理，无线收发功率的大小与监控区域范围的大小成正比。因此，将其用于不可避免得存在易燃、易爆气体、粉尘和流体的石油、化工企业的环境中时，常常很难达到防爆的安全要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种无线传感器网络传感节点装置，其一方面保留了传统有线方式应用的优势部分，以兼容传统的监测方法；另一方面融合了有线和无线的方式，使用无线传感器网络，在统ー的标准协议下组网，很方便的对传统监测方法进行了升级改造，且能够满足ー些特殊场合的安全防爆要求。此外本发明还提供这种装置的运行方法。为实现上述目的，本发明采取的技术方案为一种无线传感器网络传感节点装置，其包括信号处理及通信模块和I个以上终端仪表信号采集模块，各终端仪表信号采集模块通过总线连接信号处理及通信模块；各终端仪表信号米集模块包括第一电源管理单兀，和由第一电源管理单兀供电的电压信号采集部分、电流信号采集部分、频率信号采集部分和数字I/O信号采集部分；其中 电压信号采集部分包括电压信号处理器単元、电压采集単元和第一总线通信单元；电压信号处理器単元接收电压采集单元采集到的电压信号，并将处理后的电压信号通过第一总线通信单元输出至总线；电流信号采集部分包括电流信号处理器単元、电流采集単元和第二总线通信单元；电流信号处理器単元接收电流采集单元采集到的电流信号，并将处理后的电流信号通过第二总线通信单元输出至总线；频率信号采集部分包括频率信号处理器単元、频率采集単元和第三总线通信单元；频率信号处理器単元接收频率采集单元采集到的频率信号，并将处理后的频率信号通过第三总线通信单元输出至总线；数字I/O信号采集部分包括数字I/O信号处理器単元、数字I/O采集单元和第四总线通信単元；数字I/o信号处理器単元接收数字I/O采集单元采集到的数字I/O信号，并将处理后的数字I/o信号通过第四总线通信单元输出至总线；
信号处理及通信模块包括第二电源管理単元和由第二电源管理単元供电的主处理器单元、第五总线通信単元、无线收发单元和存储单元；存储单元中存储有分别对应各终端仪表信号采集模块的地址信息；主处理器単元通过第五总线通信单元连接总线，根据地址向相应的终端仪表信号采集模块请求采集结果信号，然后接收相应地址的终端仪表信号采集模块传输到总线的采集结果信号并处理，再将处理后的信号通过无线收发单元输出。为使装置的运行更加安全，数字信号的传输更加稳定，本发明中，电压信号处理器単元与第一通信単元之间、电流信号处理器単元与第二通信単元之间、频率信号处理器单元与第三通信単元之间、数字I/o信号处理器単元与第四通信単元之间，以及主处理器单元与第五通信単元之间通过光耦隔离单元连接，光耦隔离単元采用现有光耦元器件及外围电路实现。进ー步的，本发明的信号处理通信模块中还包括通信调试单元；主处理器単元上设有通信调试端ロ，通信调试端ロ连接通信调试单元。通信调试接ロ用来为系统下载运行程序和调试程序，便于系统的维护和升级。更进ー步的，本发明所述总线采用UART、SPI、I2C、SMBus, RS485、CAN中的ー种总线形式实现。终端仪表信号采集模块传输到总线的信息格式为数据帧，这些信号传输至信号处理及通信模块后，经主处理器单元和无线收发单元处理，被转变换成无线信息格式数据帧进行无线传输。上述主处理器单元以及无线收发单元的实现形式可以为主处理器单元采用AVR系列微控制器、MSP430系列微控制器、PIC系列微控制器中的ー种控制器为核心处理器实现，无线收发单元采用现有的射频收发芯片及其相关外围电路实现。主处理器単元与无线收发单元也可以由现有的内含32位低功耗RSIC处理器核的NXP公司生产的JN51XX系列无线收发模块及外围电路组成，还可以由内含ARM Cortex-M3处理器核的Ember公司生产的EM3XX系列无线收发模块及外围电路组成。为使电路结构更加简洁，本发明的终端仪表信号采集模块中，电压信号处理器单元、电流信号处理器単元、频率信号处理单元和数字I/O信号处理器単元集成到同一个处理器单元，利用同一个现有的处理器芯片的多组输入端ロ来实现采集结果信号的接收。集成的处理器単元可采用AVR系列微控制器、MSP430系列微控制器、PIC系列微控制器中的一种控制器为核心处理器实现。
本发明的无线传感器网络传感节点装置的运行方法，包括如下步骤(I)启动第一和第二电源管理模块使装置上电；(2)信号处理及通信模块中的各部分处理器单元进行初始化，设置堆栈指针，开启全局中断，并读取各终端仪表信号采集模块的地址信息，将其存储在存储器单元中，然后根据实际需求发送相应的地址信号；各终端仪表信号采集模块中的各部分处理器単元初始化，设置堆栈指针，开启全局中断，不断循环查询接收信号处理及通信模块发送过来的地址信号；地址信号发送完毕后，信号处理及通信模块开始循环等待接收从相应地址的終端仪表信号采集模块返回的应答消息；(3)终端仪表信号采集模块中的各部分处理器単元接收到地址信号，并对地址信号中的地址信息进行提取、计算、变换、解析、滤波、校验和存储处理，并判断是否与自己已 被配置的地址相同若不相同，则丢弃本次地址信号，继续等待接收下一次信号；若相同，则(4)相应部分的处理器単元返回应答消息给信号处理及通信模块，并开始循环等待接收信号处理及通信模块发送来的命令信号；(5)信号处理及通信模块接收到应答消息，并对应答消息进行提取、计算、变换、解析、滤波、校验和存储处理，判断其中的地址信息是否和自己发出的地址信号中的地址ー致若不一致，则再次重发地址信号；若一致，则向相应的处理器单元发送命令消息，命令消息的类型为电压采集命令、电流采集命令、频率采集命令、数字I/O采集命令中的ー种；(6)命令消息发送完毕，信号处理及通信模块开始等待终端仪表信号采集模块中相应部分的处理器单元发来的采集结果信号；(7)相应地址的处理器単元接收到命令消息，并对接收到的命令消息进行提取、计算、变换、解析、滤波、校验和存储处理，判断命令消息的类型从而得到对应的參数采集对象，然后根据命令消息对相应的终端仪表信号进行采集；(8)相应地址的处理器単元将采集结果发送至总线，进而传输至信号处理及通信模块；采集结果发送完成后，终端仪表信号采集模块中的各部分处理器単元继续等待接收信号处理及通信模块发送过来的地址信号；(9)信号处理及通信模块接收到采集结果信号，并对采集结果信号进行提取、计算、变换、解析、校验、滤波、构建和存储处理后，将总线信息格式数据帧的采集结果转变为无线信息格式数据帧，然后通过无线收发单元发送给无线传感器网络中其他节点；(10)信号处理及通信模块继续根据需求向终端仪表信号采集模块发送地址信息，重复步骤⑶至步骤(9)。本发明在系统地研究和设计了无线传感器网络系统的基础上，设计并研制了ー种无线传感器网络传感节点装置，其有益效果为I)有效解决无线传感器网络系统中传感节点应用范围窄的问题，且系统投资成本低、性价比高、实时性好、安全可靠、使用和维护方便；2)本发明中的终端仪表信号采集模块和信号处理及通信模块，共同组成ー个传感节点，终端仪表信号采集模块可以采集传感器输出的四种标准信号(电压、电流、频率、数字1/0)，只要传感器的输出信号为这四种标准信号之一，都可以与终端仪表信号采集模块相连接，从而扩大了传感节点的应用范围；3)本发明的无线通信单元可采用支持Zigbee和IEEE802. 15. 4协议标准的射频收发芯片，这种芯片具有低功耗、低成本等特性，同时组建的网络具有自组织性和自愈性，使得传感节点在实际应用中能够进行广泛的部署并进行可靠的通信，能够满足大多数无线传感器网络应用场合；4)本发明能够将传统的总线信号(如RS485、CAN等总线信号)转换成无线信号进行传输，从而使得有线方式和无线方式能够进行有效的结合，这ー优点可以使得大部分传统的有线网络应用的场合升级改造为无线网络，从而促进了整个产业的进步；5)本发明由于采用的各元器件的工作温度范围大，使其装置可以在-40C°到+85C°正常工作，这样可使本发明适合于世界的绝大多数国家和地区。
图I是本发明的无线传感器网络传感节点装置结构组成框图；图2是本发明终端仪表信号采集模块的部分电路原理图，其中包括处理器単元、第一电源管理単元、光耦隔离単元、总线通信単元；图3是本发明终端仪表信号采集模块中各信号采集单元的电路原理图；其中包括电压与电流信号采集单元01、频率信号采集单元02、数字I/O信号采集单元03 ；图4是本发明运行方法中终端仪表信号采集模块的软件流程图；图5是本发明中信号处理及通信模块的部分电路原理图，其中包括主处理器单元、无线收发单元、看门狗单元、存储单元；图6是本发明运行方法中信号处理及通信模块的软件流程图。
具体实施例方式为使本发明的内容更加明显易懂，以下结合附图和具体实施方式
作进ー步描述。如图I所示，本发明的无线传感器网络传感节点装置，包括信号处理及通信模块和I个以上终端仪表信号采集模块，各终端仪表信号采集模块通过总线连接信号处理及通信模块；各终端仪表信号米集模块包括第一电源管理单兀，和由第一电源管理单兀供电的电压信号采集部分、电流信号采集部分、频率信号采集部分和数字I/O信号采集部分；其中电压信号采集部分包括电压信号处理器単元、电压采集単元和第一总线通信单元；电压信号处理器単元接收电压采集单元采集到的电压信号，并将处理后的电压信号通过第一总线通信単元以及连接端ロ Jl输出至总线；电流信号采集部分包括电流信号处理器単元、电流采集単元和第二总线通信单元；电流信号处理器単元接收电流采集单元采集到的电流信号，并将处理后的电流信号通过第二总线通信単元以及连接端ロ J2输出至总线；频率信号采集部分包括频率信号处理器単元、频率采集単元和第三总线通信单元；频率信号处理器単元接收频率采集单元采集到的频率信号，并将处理后的频率信号通过第三总线通信単元以及连接端ロ J3输出至总线；、
数字I/O信号采集部分包括数字I/O信号处理器単元、数字I/O采集单元和第四总线通信単元；数字I/o信号处理器単元接收数字I/O采集单元采集到的数字I/O信号，并将处理后的数字I/o信号通过第四总线通信単元以及连接端ロ J4输出至总线；信号处理及通信模块包括第二电源管理単元和由第二电源管理単元供电的主处理器单元、第五总线通信単元、无线收发单元和存储单元；存储单元中存储有分别对应各终端仪表信号采集模块的地址信息；主处理器単元通过第五总线通信単元以及连接端ロ J5连接总线。信号处理及通信模块根据实际应用需求确定采集何种环境或者物体状态信息，然后由主处理器単元通过总线，向所有终端仪表信号采集模块发出地址信号以请求采集结果信号，再向相应地址的终端仪表信号采集模块发出与采集信号类型相关的命令消息，待终端仪表信号采集模块将采集结果信号传输至总线， 信号处理及通信模块中的主处理器単元即接收采集结果信号并进行处理，最后由连接端ロ J6通过无线收发单元输出。本发明中，电压信号处理器単元与第一通信単元之间、电流信号处理器単元与第二通信単元之间、频率信号处理器単元与第三通信単元之间、数字I/o信号处理器単元与第四通信単元之间，以及主处理器単元与第五通信単元之间通过光耦隔离单元连接，光耦隔离单元采用现有光耦元器件及外围电路实现。为了便于系统的维护和升级，本发明的信号处理通信模块中还包括通信调试单元；主处理器単元上设有通信调试端ロ，通信调试端ロ连接通信调试单元，以为系统下载运行程序和调试程序。本发明中，总线采用UART、SPI、I2C、SMBus、RS485、CAN中的一种总线形式实现，终端仪表信号采集模块的电路原理图可结合图2和图3，电压信号处理器単元、电流信号处理器単元、频率信号处理单元和数字I/O信号处理器単元集成到同一个处理器単元，利用同一个处理器芯片的多组输入端ロ来实现采集结果信号的接收。处理器単元中的微处理器芯片U3选用AT公司的高性能、低功耗AVR8位高档微处理器ATmegal28L。它具有先进的RISC结构，最高8MHz工作频率，大多数指令在ー个周期内完成，运算速率高；片内128KFlash、4KSRAM和4KEEPR0M ;支持省电模式、掉电模式等6种睡眠模式；具有多种总线和充足的输入输出接ロ ；具有A/D、D/A接ロ ；具有2. 7V-5. 5V的宽工作电压范围；具有与IEEEl 149. I标准兼容的JTAG接ロ。光耦隔离单元中的光耦隔离芯片U4A、U4B、U4C采用TOSHIBA公司生产的TLP521-4GB芯片，它的4脚、6脚、16脚分别与微处理器芯片的TXDO、PCI、RXDO相连。总线通信单元的通信芯片U5采用MAXM公司生产的MAX1487E芯片，它采用+5VDC供电.当供电电流约为500 ii A时，传输速率达到2. 5Mb/s，适用于半双エ通信，通信总线上最多可挂128个收发器。通信调试接ロ的数据线经过电阻“R2 R5”上拉后与微处理器芯片的JTAG接ロ相连，它的“ 1、3、5、9”引脚分别与微处理器芯片Ul的“57、56、55、54”引脚连接。电源管理单元的电源转换芯片U2使用SIPEX公司生产的SPXl 117-3. 3V芯片将5V电压转换为3. 3V电压，并使用周立功公司生产的DC-DC电压隔离模块BS0505-1W为微处理器単元和总线通信単元提供电压隔离。如图3所示，为使电路更加简洁，本发明将电压采集単元与电流采集単元电路集成为ー个模块Ol :电压采集单元采集到的模拟电压信号首先经过由R1、R3、R5的的分压，电流采集单元采集到模拟电流信号经过Rl、R3、R5的电压转换和分压，再经过由R1、R3、C8组成的阻容式低通滤波器进行滤波，然后送到US(MiCiX)Chip公司生产的可编程增益放大器MCP6S28芯片)进行放大处理，MCP6S28芯片通过SPI总线与微处理器芯片相连，MCP6S28芯片具有多路选择输入模块，由软件设置通道选择，其频宽为2MHz 12MHz，有8种增益选择+lV/V，+2V/V, +4V/V, +5V/V, +8V/V, +10V/V, +16V/V, +32V/V，可灵活放大模拟信号，匹配输入电阻减少采样时间，增益误差(±1% )、偏移(275 ii V)、噪声(lOnV/rtHz)低，电流消耗典型值为1mA。频率采集单元02采集到的频率信号首先经过R8、R10、R12、C10的分压滤波之后， 然后采用芯片U7(TI公司生产的SN74LVC2G14芯片)进行整形，最后将信号送到微处理器的Tl ロ进行处理。数字I/O采集单元03采集到的数字信号经过U6 (MAXIM公司生产的MAX3378芯片)进行电平转换，然后送到微处理器芯片的I/O引脚进行处理，MAX3378是双向低电压逻辑电平转换器，在3V与5V之间转换通信速度高达8Mb/s，具有三态引脚，当为低有效电平吋，消耗电流为I PA，静态电流典型值为130 PA，整体功耗较低。本发明中信号处理及通信模块的电路原理图如图5所示，主处理器単元和无线收发单元Ul采用NXP公司生产的JN5139模块，JN5139模块集成了ー个32位的RSIC处理器，可充分兼容2. 4GHz、IEEE802. 15. 4收发器，提供了丰富的模拟量和数字外围接ロ，除了做无线通信外，还可以做性能非常強大的MCU使用，所有的硬件外设有完善的API函数，可以快速优质的开发应用程序。其内部具有128位AES安全协处理器，6KB容量RAM静态存储器，192KB容量ROM程序存储器，4路12位ADC、2路11位ADC、2个比较器，3个系统Timer和两个用户Timer，两个UART端ロ，ー个SPI接ロ，带有5个片选线，ー个2线串行接ロ，兼容SM-BUS和I2C规范，21个通用I/O ロ，符合ROHS规范。JN5139内置的ROM存储器集成了点对点通信与网状网络通信的完整协议栈；内置RAM存储器可以支持网络路由和控制器功能，而不需要外部扩展任何的存储空间；内置的硬件MAC地址和高度安全的AES加密算法加速器减小了系统的功耗和处理器的负载。JN5139支持晶振休眠和系统节能功能，同时提供了对于大量的模拟和数字外设的互操作支持，让用户可以方便的连接到自己的外部应用系统。看门狗单元中看门狗芯片U4使用MAXM公司生产的MAX706芯片，该芯片具有uP复位(高、低电平)、掉电监测、手动复位输入功能，其WDO引脚与微处理器芯片RESEIN引脚相连。通信调试接ロ既可以作为调试接ロ使用，也可用来下载程序，它的“2、4、5、6”引脚分别与JN5139的“ 17、19、18、16”引脚连接。本发明在运行时，首先启动第一和第二电源管理単元使装置上电，終端仪表信号采集模块的软件流程图如图4所示，具体步骤为(I)装置上电后，终端仪表信号采集模块中各处理器单元进行初始化，设置堆栈指针，开启全局中断，不断循环接收信号处理及通信模块发送过来的地址信号；(2)如果接收到地址信号，终端仪表信号采集模块中各处理器単元对地址信号进行提取、计算、变换、解析、滤波、校验、存储等处理，判断是否和自己的地址信息相同，若不相同，则丢弃本次地址消息，继续等待接收下一次地址消息，若相同，则返回ー应答消息给信号处理及通信模块中的主处理器単元，即主机；并开始循环等待接收主机发送过来的命令消息；(3)接收到命令消息后，终端仪表信号采集模块中各处理器单元进行相应提取、计算、变换、解析、滤波、校验、存储等处理，并判断是对应何种采集信号的采集命令消息，如电压采集命令、电流采集命令、 频率采集命令或者数字I/O采集命令，然后各信号采集单元根据采集命令进行相应仪表信号的采集；(4)当对终端仪表信号采集完成后，终端仪表信号采集模块将采集结果信号发送给信号处理及通信模块，发送完成后，又重新继续等待接收信号处理及通信模块发送过来的地址信号，重复步骤(2)至步骤(4)。信号处理及通信模块的软件处理流程可结合图6，具体步骤为(I)装置上电后，信号处理及通信模块中处理器单元进行初始化，设置堆栈指针，开启全局中断，并读取各从机即终端仪表信号采集模块的地址信息，将其存储在存储器单元中，然后根据相应需求发送相应的从机地址信号；(2)从机地址发送完成后，信号处理及通信模块开始循环等待接收从机发送的应答消息；(3)信号处理及通信模块接收到从机发送的应答消息之后，信号处理及通信模块中处理器単元对应答消息进行提取、计算、变换、解析、滤波、校验、存储等处理，判断是否和自已发送到从机地址一致，若不一致，则再次重发从机地址消息，若一致，则发送命令消息，命令消息包括电压采集命令、电流采集命令、频率采集命令、数字I/O采集命令；(4)当发送完命令消息之后，信号处理及通信模块便开始等待终端仪表信号采集模块发送相应的采集结果信号，接收到采集结果信号之后，信号处理及通信模块中的处理器単元对采集结果信号进行提取、计算、变换、解析、校验、滤波、构建、存储等处理后，最終将总线信息格式数据帧的采集结果信号转变为无线信息格式数据帧，通过无线收发单元发送给无线传感器网络中其他节点；(5)发送完成之后，信号处理及通信模块又重新根据实际需要发送相应的从机地址信息给采集结果信息，并重复步骤(2)至步骤(5)。本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。
权利要求
1.一种无线传感器网络传感节点装置，其特征是，包括信号处理及通信模块和I个以上终端仪表信号采集模块，各终端仪表信号采集模块通过总线连接信号处理及通信模块； 各终端仪表信号采集模块包括第一电源管理单元，和由第一电源管理单元供电的电压信号采集部分、电流信号采集部分、频率信号采集部分和数字I/o信号采集部分；其中 电压信号采集部分包括电压信号处理器单元、电压采集单元和第一总线通信单元；电压信号处理器单元接收电压采集单元采集到的电压信号，并将处理后的电压信号通过第一总线通信单元输出至总线； 电流信号采集部分包括电流信号处理器单元、电流采集单元和第二总线通信单元；电流信号处理器单元接收电流采集单元采集到的电流信号，并将处理后的电流信号通过第二总线通信单元输出至总线； 频率信号采集部分包括频率信号处理器单元、频率采集单元和第三总线通信单元；频率信号处理器单元接收频率采集单元采集到的频率信号，并将处理后的频率信号通过第三总线通信单元输出至总线； 数字I/O信号采集部分包括数字I/O信号处理器单元、数字I/O采集单元和第四总线通信单元；数字I/o信号处理器单元接收数字I/O采集单元采集到的数字I/O信号，并将处理后的数字I/o信号通过第四总线通信单元输出至总线； 信号处理及通信模块包括第二电源管理单元和由第二电源管理单元供电的主处理器单元、第五总线通信单元、无线收发单元和存储单元；存储单元中存储有分别对应各终端仪表信号采集模块的地址信息；主处理器单元通过第五总线通信单元连接总线，根据地址向相应的终端仪表信号采集模块请求采集结果信号，然后接收相应地址的终端仪表信号采集模块传输到总线的采集结果信号并处理，再将处理后的信号通过无线收发单元输出。
2.根据权利要求I所述的无线传感器网络传感节点装置，其特征是，电压信号处理器单元与第一通信单元之间、电流信号处理器单元与第二通信单元之间、频率信号处理器单元与第三通信单元之间、数字I/O信号处理器单元与第四通信单元之间，以及主处理器单元与第五通信单元之间通过光耦隔离单元连接。
3.根据权利要求I所述的无线传感器网络传感节点装置，其特征是，信号处理通信模块中还包括通信调试单元；主处理器单元上设有通信调试端口，通信调试端口连接通信调试单元。
4.根据权利要求I所述的无线传感器网络传感节点装置，其特征是，所述总线采用UART, SPI、I2C、SMBus, RS485、CAN 中的一种总线形式实现。
5.根据权利要求I所述的无线传感器网络传感节点装置，其特征是，所述终端仪表信号采集模块中，电压信号处理器单元、电流信号处理器单元、频率信号处理器单元以及数字I/O信号处理器单元集成到同一个处理器单元实现；集成的处理器单元采用AVR系列微控制器、MSP430系列微控制器、PIC系列微控制器中的一种控制器为核心处理器实现。
6.根据权利要求I所述的无线传感器网络传感节点装置，其特征是，所述信号处理及通信模块中，主处理器单元采用AVR系列微控制器、MSP430系列微控制器、PIC系列微控制器中的一种控制器为核心处理器实现；无线收发单元采用射频收发芯片实现。
7.根据权利要求I所述的无线传感器网络传感节点装置，其特征是，主处理器单元与无线收发单元采用JN51XX系列无线收发模块实现。
8.根据权利要求I所述的无线传感器网络传感节点装置，其特征是，主处理器单元与无线收发单元由采用EM3XX系列无线收发模块实现。
9.基于权利要求1-8任一项所述的无线传感器网络传感节点装置的运行方法，其特征是，包括如下步骤 (1)启动第一和第二电源管理模块使装置上电； (2)信号处理及通信模块中的各部分处理器单元进行初始化，设置堆栈指针，开启全局中断，并读取各终端仪表信号采集模块的地址信息，将其存储在存储器单元中，然后根据实际需求发送相应的地址信号； 各终端仪表信号采集模块中的各部分处理器单元初始化，设置堆栈指针，开启全局中断，不断循环查询接收信号处理及通信模块发送过来的地址信号； 地址信号发送完毕后，信号处理及通信模块开始循环等待接收从相应地址的终端仪表 信号采集模块返回的应答消息； (3)终端仪表信号采集模块中的各部分处理器单元接收到地址信号，并对地址信号中的地址信息进行提取、计算、变换、解析、滤波、校验和存储处理，并判断是否与自己已被配置的地址相同若不相同，则丢弃本次地址信号，继续等待接收下一次信号；若相同，则 (4)相应部分的处理器单元返回应答消息给信号处理及通信模块，并开始循环等待接收信号处理及通信模块发送来的命令信号； (5)信号处理及通信模块接收到应答消息，并对应答消息进行提取、计算、变换、解析、滤波、校验和存储处理，判断其中的地址信息是否和自己发出的地址信号中的地址一致若不一致，则再次重发地址信号；若一致，则向相应的处理器单元发送命令消息，命令消息的类型为电压采集命令、电流采集命令、频率采集命令、数字I/O采集命令中的一种； (6)命令消息发送完毕，信号处理及通信模块开始等待终端仪表信号采集模块中相应部分的处理器单元发来的采集结果信号； (7)相应地址的处理器单元接收到命令消息，并对接收到的命令消息进行提取、计算、变换、解析、滤波、校验和存储处理，判断命令消息的类型从而得到对应的参数采集对象，然后根据命令消息对相应的终端仪表信号进行采集； (8)相应地址的处理器单元将采集结果发送至总线，进而传输至信号处理及通信模块；采集结果发送完成后，终端仪表信号采集模块中的各部分处理器单元继续等待接收信号处理及通信模块发送过来的地址信号； (9)信号处理及通信模块接收到采集结果信号，并对采集结果信号进行提取、计算、变换、解析、校验、滤波、构建和存储处理后，将总线信息格式数据帧的采集结果转变为无线信息格式数据帧，然后通过无线收发单元发送给无线传感器网络中其他节点； (10)信号处理及通信模块继续根据需求向终端仪表信号采集模块发送地址信息，重复步骤(3)至步骤(9)。
全文摘要
本发明公开一种无线传感器网络传感节点装置及其运行方法，其包括信号处理及通信模块和多个终端仪表信号采集模块；各终端仪表信号采集模块中皆设有电压、电流、频率和数字I/O信号采集部分；各信号采集部分由相应的信号采集单元、处理器单元和总线通信单元组成；信号处理及通信模块中设有主处理器单元、总线通信单元、存储单元和无线收发单元。运行时，各信号采集部分根据主处理器单元的数据请求，通过信号采集单元采集相应的信号，再将处理过的信号通过总线输送至主处理器单元；主处理器接收到信号采集结果并进行处理后，将采集结果通过无线收发单元输出至其它传感网络节点。本发明可有效解决无线传感网络系统中传感节点应用范围窄的问题。
文档编号H04W88/02GK102665292SQ20121011300
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月17日 优先权日2012年4月17日
发明者李为猛, 陈俊杰 申请人:东南大学, 南京拓诺传感网络科技有限公司