一种无线传感器网络传感节点装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开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。本实用新型专利技术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。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及通信中的传感器网络
，特别是无线通信中的传感器网络
，具体是一种无线传感器网络传感节点装置。
技术介绍
随着微电子技术、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增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一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静电电荷、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。
技术实现思路
本技术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，在统一的标准协议下组网，很方便的对传统监测方法进行了升级改造，且能够满足一些特殊场合的安全防爆要求。为实现上述目的，本技术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。为使装置的运行更加安全，数字信号的传输更加稳定，本技术中，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，光耦隔离单元采用现有光耦元器件及外围电路实现。进一步的，本技术的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。通信调试接口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。更进一步的，本技术所述总线采用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系列微控制器中的一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。主处理器单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，本技术的终端仪表信号采集模块中，电压信号处理器单元、电流信号处理器单元、频率信号处理单元和数字I/o信号处理器单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口来实现采集结果信号的接收。集成的处理器单元可采用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。本技术的无线传感器网络传感节点装置在应用时，其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；若一致本文档来自技高网...

【技术保护点】
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1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。...

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊杰，李为猛，
申请(专利权)人：南京拓诺传感网络科技有限公司，东南大学，
类型：实用新型
国别省市：