一種用於氣壓監測的可喚醒無線傳感器網絡節點模塊的製作方法
2023-09-20 05:03:50
一種用於氣壓監測的可喚醒無線傳感器網絡節點模塊的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用於氣壓監測的可喚醒無線傳感器網絡節點模塊，包含電源電路、氣壓採集電路、微控制器單元、射頻單元和喚醒單元，電源電路分別為氣壓採集電路、微控制器單元、射頻單元和喚醒單元供電，所述微控制器單元分別連接射頻單元和喚醒單元，所述氣壓採集電路包含氣壓傳感器和外部時鐘模塊，氣壓傳感器分別連接微控制器單元和外部時鐘模塊。本實用新型利用喚醒單元協調相鄰氣壓傳感器節點或氣壓傳感器節點與匯聚節點之間的數據通訊，簡化了通信協議，降低了節點的通訊能耗，延長了氣壓監測系統的生命周期。
【專利說明】一種用於氣壓監測的可喚醒無線傳感器網絡節點模塊
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於電子測控領域，特別涉及了一種用於氣壓監測的可喚醒無線傳感器網絡節點模塊。
【背景技術】
[0002]在大氣自動測報系統、地震監控系統中，需要實時地測量並向信息中心上報氣壓數據，以供信息中心收集和處理，為預防地震、防災減災提供準確的、科學的數據。風速風向測量是氣象監測的重要組成部分，測量風速風向，以供信息中心收集和處理，對人類更好地研究及利用風能和改善生活生產有積極的影響。
[0003]目前，氣壓數據的採集由測站設備一起完成，普遍使用液體(如水銀)氣壓表和固體(如金屬空盒)氣壓表的方式，氣壓記錄是由安裝在溫度少變、光線充足的氣壓室內的氣壓表或氣壓計測量的，有定時氣壓記錄和氣壓連續記錄。人工目測的定時氣壓記錄是採用動槽式或定槽式水銀氣壓表測量的。氣壓連續記錄和遙測自動觀測的定時氣壓記錄採用的是金屬彈性膜盒作為感應器而記錄的，可獲得任意時刻的氣壓記錄，採用有線方式將測站和氣壓傳感器進行連接，一旦氣壓監測電路出現故障，就會影響氣壓的測報。因此，無線傳感器網絡技術被運用於氣象預報等領域中。
[0004]然而，大部分無線傳感器網絡氣壓節點採用複雜的MAC協議和精準、高成本的時間同步協議進行數據路由，實現2個相鄰傳感器節點或傳感器節點與匯聚節點之間的數據通訊，這種方法使得節點在通訊上的能耗較大，降低了數據傳輸的效率和可靠性，影響了整個網絡的壽命。
實用新型內容
[0005]為了解決上述【背景技術】存在的技術問題，降低通信能耗、提高通信效率，本實用新型旨在提供一種用於氣壓監測的可喚醒無線傳感器網絡節點模塊。
[0006]為了實現上述技術目的，本實用新型的技術方案為:
[0007]—種用於氣壓監測的可喚醒無線傳感器網絡節點模塊，包含電源電路、氣壓採集電路、微控制器單元、射頻單元和喚醒單元，電源電路分別為氣壓採集電路、微控制器單元、射頻單元和喚醒單元供電，所述微控制器單元分別連接射頻單元和喚醒單元，所述氣壓採集電路包含氣壓傳感器和外部時鐘模塊，氣壓傳感器分別連接微控制器單元和外部時鐘模塊。
[0008]其中，上述氣壓傳感器採用MS5540C氣壓傳感器。
[0009]其中，上述微控制器單元採用MSP430F149單片機，射頻單元包含依次連接的CC2420射頻晶片、濾波電路和天線，CC2420射頻晶片連接微控制器單元，喚醒單元採用AS3930 晶片。
[0010]其中，上述MSP430F149 單片機的 P4.2 端、Pl.2 端、P4.4 端、P4.3 端、P5.0 端、P5.3端、P5.2端、P4.0端和P4.1端分別與CC2420射頻晶片的FIFO端、FIFOP端、CCA端、SFD端、CSn端、SCLK端、SI端、SO端、RESETn端和VREG_EN端連接。
[0011]其中，上述MSP430F149 單片機的 Pl.3 端、P2.3 端、P2.4 端、P3.6 端、P3.7 端、P4.5端和P4.6端分別與AS3930晶片的WAKE端、CS端、SCL端、CL_DAT端、DAT端、SDI端和SDO
端連接。
[0012]採用上述技術方案帶來的有益效果是:
[0013]本實用新型利用喚醒單元協調相鄰氣壓傳感器節點或氣壓傳感器節點與匯聚節點之間的數據通訊，克服了傳統無線傳感器網絡用複雜的MAC協議和精準、高成本的時間同步協議進行數據路由的問題，提高了氣壓監測系統通信的可靠性，而且安裝簡便，節約了成本。簡化了通信協議，降低了節點的通訊能耗，延長了氣壓監測系統的生命周期。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型的系統結構框圖。
[0015]圖2是本實用新型的具體電路原理圖。
[0016]附圖中主要符號說明:R1?RlO:電阻；C1?C6、C20?C36:電容；L1?L4:電感；Dl:二極體。
【具體實施方式】
[0017]以下將結合附圖，對本實用新型的技術方案進行詳細說明。
[0018]如圖1所示本實用新型的系統結構框圖，一種用於氣壓監測的可喚醒無線傳感器網絡節點模塊，包含電源電路、氣壓採集電路、微控制器單元、射頻單元和喚醒單元，電源電路分別為氣壓採集電路、微控制器單元、射頻單元和喚醒單元供電，微控制器單元分別連接射頻單元和喚醒單元，氣壓採集電路包含氣壓傳感器和外部時鐘模塊，氣壓傳感器分別連接微控制器單元和外部時鐘模塊。
[0019]在本實施例中，採用如圖2所示本實用新型的具體電路原理圖，氣壓傳感器採用MS5540C氣壓傳感器，微控制器單元採用MSP430F149單片機，射頻單元包含依次連接的CC2420射頻晶片、濾波電路和天線，CC2420射頻晶片連接微控制器單元，喚醒單元採用AS3930晶片。所述電源電路的直流電源負極接地，它的正極經二極體Dl與電壓轉換器LMl117的輸入端連接，LMl117的輸出端作為系統的模擬信號輸入端VCC_SYS2，LM1117的輸出端經電阻RO後作為系統的數位訊號輸入端VCC_SYS1。本實施例通過電壓轉換器LM1117將直流電源轉換成3.3V電源。MSP430F149單片機的AVcc端接VCC_SYS2，MSP430F149單片機的DVcc端接VCC_SYS1，MSP430F149單片機的P2.0、P2.1和P2.2端分別連接MS5540C氣壓傳感器的SCLK、D0UT和DIN端，MS5540C氣壓傳感器的MCLK端接外部時鐘模塊的OUT端，外部時鐘模塊的頻率為32.768KHZ。MSP430F149單片機的Pl.3端、P2.3端、P2.4端、P3.6端、P3.7端、P4.5端和P4.6端分別分別經電阻與AS3930晶片的WAKE端、CS端、SCL端、CL_DAT 端、DAT 端、SDI 端和 SDO 端連接，AS3930 的 VCC 和 XIN 端均連接 VCC_SYS1，AS3930的VSS和LFP端均接地，AS3930的LFN端分別經電阻、電容和電感後接地。MSP430F149單片機的 P4.2 端、Pl.2 端、P4.4 端、P4.3 端、P5.0 端、P5.3 端、P5.2 端、P4.0 端和 P4.1 端分別與CC2420射頻晶片的FIFO端、FIFOP端、CCA端、SFD端、CSn端、SCLK端、SI端、SO端、RESETn 端和 VREG_EN 端連接。CC2420 的 X0SC16_01 和 X0SC16_02 端接頻率為 16MHZ 的晶振。電感L2、L3以及電容C21、C25、C31、C26組成濾波電路，CC2420的TXRX_SWITCH端經電感L2與RF_P端連接，CC2420的TXRX_SWITCH端依次經電感L2和L3與RF_N端連接，TXRX_SWITCH端經電容C21接地，RF_P端依次經電容C25、C26與天線連接，RF_N端經電容C31接地，RF_N端經電感L4與C25、C26的公共端連接。
[0020]本實用新型的工作原理是:喚醒晶片AS3930因功耗微小而一直處於工作狀態，而MSP430F149微控制器平時一直處於睡眠狀態，當射頻單元接收到相鄰節點發來的無線喚醒信號時，AS3930將微控制器MSP430F149喚醒，MSP430F149控制MS5540C氣壓傳感器監測、採集氣壓信號，並將處理後的信號輸出給射頻晶片CC2420，CC2420通過天線將氣壓數據以無線數據的形式發送給相鄰的傳感器節點或者匯聚節點。
[0021]以上實施例僅為說明本實用新型的技術思想，不能以此限定本實用新型的保護範圍，凡是按照本實用新型提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本實用新型保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種用於氣壓監測的可喚醒無線傳感器網絡節點模塊，其特徵在於:包含電源電路、氣壓採集電路、微控制器單元、射頻單元和喚醒單元，電源電路分別為氣壓採集電路、微控制器單元、射頻單元和喚醒單元供電，所述微控制器單元分別連接射頻單元和喚醒單元，所述氣壓採集電路包含氣壓傳感器和外部時鐘模塊，氣壓傳感器分別連接微控制器單元和外部時鐘模塊。
2.根據權利要求1所述一種用於氣壓監測的可喚醒無線傳感器網絡節點模塊，其特徵在於:所述氣壓傳感器米用MS5540C氣壓傳感器。
3.根據權利要求1所述一種用於氣壓監測的可喚醒無線傳感器網絡節點模塊，其特徵在於:所述微控制器單元採用MSP430F149單片機，所述射頻單元包含依次連接的CC2420射頻晶片、濾波電路和天線，CC2420射頻晶片連接微控制器單元，所述喚醒單元採用AS3930-H-* I I心/T O
4.根據權利要求3所述一種用於氣壓監測的可喚醒無線傳感器網絡節點模塊，其特徵在於:MSP430F149 單片機的 P4.2 端、PL 2 端、P4.4 端、P4.3 端、P5.0 端、P5.3 端、P5.2 端、P4.0端和P4.1端分別與CC2420射頻晶片的FIFO端、FIFOP端、CCA端、SFD端、CSn端、SCLK端、SI端、SO端、RESETn端和VREG_EN端連接。
5.根據權利要求3或4所述一種用於氣壓監測的可喚醒無線傳感器網絡節點模塊，其特徵在於:MSP430F149單片機的Pl.3端、P2.3端、P2.4端、P3.6端、P3.7端、P4.5端和P4.6端分別與AS3930晶片的WAKE端、CS端、SCL端、CL_DAT端、DAT端、SDI端和SDO端連接。
【文檔編號】G01L9/06GK203824687SQ201420136189
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年3月25日 優先權日:2014年3月25日
【發明者】嚴錫君, 趙光辰, 嚴妍, 王藝瑤, 卜暘, 鬱麟玉, 孫桐, 王玲玲, 孟祥薇 申請人:河海大學