一種基於射頻輔助的無線傳感網絡中節點定位裝置製造方法

2023-08-05 01:20:21 1

一種基於射頻輔助的無線傳感網絡中節點定位裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基於射頻輔助的無線傳感網絡中節點定位裝置，屬於嵌入式開發與無線通信的交叉領域。本實用新型所述定位裝置由錨節點和未知節點組成；所述錨節點包括電源模塊Ⅰ、2.4GHz射頻模塊Ⅰ、處理器模塊Ⅰ、433MHz射頻模塊，其中處理器模塊Ⅰ通過SPI接口與2.4GHz射頻模塊Ⅰ連接，通過通用I/O接口模擬SPI接口功能與433MHz射頻模塊連接；所述未知節點包括電源模塊Ⅱ、2.4GHz射頻模塊Ⅱ、處理器模塊Ⅱ，其中處理器模塊Ⅱ通過SPI接口與2.4GHz射頻模塊Ⅱ連接。本實用新型操作簡單，使用方便；不需要安裝昂貴的天線陣列，有效地降低了成本。
【專利說明】一種基於射頻輔助的無線傳感網絡中節點定位裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種基於射頻輔助的無線傳感網絡中節點定位裝置，屬於嵌入式開發與無線通信的交叉領域。
【背景技術】
[0002]無線傳感網絡(Wireless Sensor Network, WSN)的研究起步於20世紀90年代末期，是由部署在監測區域內大量的廉價微型傳感器節點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網絡系統，其目的是協作地感知、採集和處理網絡覆蓋區域中被感知對象的信息。由於傳感器網絡的巨大應用價值，它已經引起了世界許多國家的軍事部門、工業界和學術界的極大關注.無線傳感器網絡通過節點之間的相互協作來完成任務。因此能應用於許多領域，如:在部隊到達戰區之前向其拋灑大量傳感器感知敵方動作，並返回數據信息。因此傳感器網絡系統可以被廣泛地應用於國防、軍事、安全、環境監測、交通管理、醫療衛生等許多領域。
[0003]無線傳感網絡中傳感器節點採集的信息，都需要包含有位置信息才有意義。所以無線傳感網絡中定位是現在所面臨的一個難題。現有的基於GPS的定位裝置，成本昂貴；基於到達角度(Angle Of Arrival, Α0Α)的定位裝置需要添加天線陣列，實現複雜且增加了節點成本。

【發明內容】

[0004]本實用新型所要解決的技術問題是克服現有定位裝置成本高的不足，提供了一種基於射頻輔助的無線傳感網絡中節點定位裝置。
[0005]本實用新型的技術方案是:一種基於射頻輔助的無線傳感網絡中節點定位裝置，所述定位裝置由錨節點I和未知節點2組成；所述錨節點I包括電源模塊I 11、2.4GHz射頻模塊I 12、處理器模塊I 13、433MHz射頻模塊14，其中處理器模塊I 13通過SPI接口與2.4GHz射頻模塊I 12連接，通過通用I/O接口模擬SPI接口功能與433MHz射頻模塊14連接；所述未知節點2包括電源模塊II 21,2.4GHz射頻模塊II 22、處理器模塊II 23，其中處理器模塊II 23通過SPI接口與2.4GHz射頻模塊II 22連接。
[0006]所述錨節點I和未知節點2中的電源模塊使用2節1.5v乾電池及使用穩壓晶片構成的穩壓電路為各個模塊供電。
[0007]本實用新型的工作原理是:
[0008]所述定位裝置由錨節點I和未知節點2組成；所述錨節點I包括電源模塊I 11、2.4GHz射頻模塊I 12、處理器模塊I 13、433MHz射頻模塊14，其中處理器模塊I 13通過SPI接口與2.4GHz射頻模塊I 12連接，通過通用I/O接口模擬SPI接口功能與433MHz射頻模塊14連接；所述未知節點2包括電源模塊II 21,2.4GHz射頻模塊II 22、處理器模塊II 23，其中處理器模塊II 23通過SPI接口與2.4GHz射頻模塊II 22連接。
[0009]所述錨節點I和未知節點2中的電源模塊使用2節1.5v乾電池及使用穩壓晶片構成的穩壓電路為各個模塊供電。
[0010]所述錨節點I和未知節點2中的2.4GHz射頻模塊由802.15.4協議晶片、外圍電路、天線組成；發送時處理器模塊通過SPI接口將自身的ID信息寫入到802.15.4協議晶片的寄存器中，802.15.4協議晶片將ID信息送到發送緩存器，根據IEEE 802.15.4標準，經過擴頻、D/A變換、低通濾波、調製、放大後，通過天線發送；當天線接收到射頻信號時經過下變頻處理、濾波、放大、A/D變換、數字解調，恢復出傳輸的正確數據包放到802.15.4協議晶片的FIFO緩存器中，如果數據包滿足IEEE802.15.4標準的幀格式，則成功接收，否則放棄這個數據包，進行下一次接收。
[0011 ] 所述未知節點2中的處理器模塊設有JTAG接口、傳感器接口，所述錨節點I中的處理器模塊在未知節點2的基礎上還設有用於通過上位機讀取錨節點I處理器中的數據的串口模塊；其中傳感器接口使用1.25mm單排針將處理器晶片的PAO?PA3的I/O接口擴展出來，串口模塊由串口晶片及外圍電路組成。
[0012]所述錨節點I中的433MHz射頻模塊14由射頻晶片和天線組成；發送時處理器模塊通過I/o接口配置好射頻晶片的參數，再將需要發送的時刻信息數據通過I/O接口寫入射頻晶片的發射寄存器中，射頻晶片自動將時刻信息調製後通過天線發送出去；當射頻晶片成功接收到信息時通過中斷的方式，通知處理器模塊通過I/o接口讀取接收到的數據。
[0013]本實用新型的有益效果是:操作簡單，使用方便；不需要安裝昂貴的天線陣列，有效地降低了成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型中所述錨節點的結構連接框圖；
[0015]圖2為本實用新型中所述未知節點的結構連接框圖；
[0016]圖3為本實用新型中無線傳感器網絡節點分布框圖；
[0017]圖4為本實用新型中電源模塊的電路圖；
[0018]圖5為本實用新型中處理器模塊與各個模塊連接的電路圖；
[0019]圖中各標號為:1為錨節點、11為電源模塊1、12為2.4GHz射頻模塊1、13為處理器模塊1、14為433MHz射頻模塊、2為未知節點、21為電源模塊I1、22為2.4GHz射頻模塊I1、23為處理器模塊II。
【具體實施方式】
[0020]實施例1:如圖1-5所示，一種基於射頻輔助的無線傳感網絡中節點定位裝置，所述定位裝置由錨節點I和未知節點2組成；所述錨節點I包括電源模塊I 11、2.4GHz射頻模塊I 12、處理器模塊I 13、433MHz射頻模塊14，其中處理器模塊I 13通過SPI接口與
2.4GHz射頻模塊I 12連接，通過通用I/O接口模擬SPI接口功能與433MHz射頻模塊14連接；所述未知節點2包括電源模塊II 21,2.4GHz射頻模塊II 22、處理器模塊II 23，其中處理器模塊II 23通過SPI接口與2.4GHz射頻模塊II 22連接。
[0021]所述錨節點I和未知節點2中的電源模塊使用2節1.5v乾電池及使用穩壓晶片構成的穩壓電路為各個模塊供電。
[0022]實施例2:如圖1-5所示，一種基於射頻輔助的無線傳感網絡中節點定位裝置，所述定位裝置由錨節點I和未知節點2組成；所述錨節點I包括電源模塊I 11、2.4GHz射頻模塊I 12、處理器模塊I 13、433MHz射頻模塊14，其中處理器模塊I 13通過SPI接口與
2.4GHz射頻模塊I 12連接，通過通用I/O接口模擬SPI接口功能與433MHz射頻模塊14連接；所述未知節點2包括電源模塊II 21,2.4GHz射頻模塊II 22、處理器模塊II 23，其中處理器模塊II 23通過SPI接口與2.4GHz射頻模塊II 22連接。
[0023]所述錨節點I和未知節點2中的電源模塊使用2節1.5v乾電池及使用穩壓晶片構成的穩壓電路為各個模塊供電。
[0024]1、電源模塊設計:電源模塊使用2節1.5v乾電池為上述所有模塊提供電源。針對電源使用出現的電壓不穩定的缺點，設計了使用REG1117晶片構成的穩壓電路為各個模塊提供能源。
[0025]2、處理器模塊設計:錨節點的處理器需要連接2.4GHz射頻模塊和433MHz的射頻模塊，處理器使用16位的ATMEGAL128L晶片，ATMEGAL128L晶片使用SPI接口與2.4GHz射頻模塊連接，使用通用I/O接口模擬SPI接口功能與433MHz射頻模塊連接；未知節點處理器同樣使用ATMEGAL128L晶片，2.4GHz射頻模塊通過SPI接口與ATMEGAL128L晶片連接。
[0026]其中，所述未知節點2中的處理器模塊設有JTAG接口、傳感器接口，所述錨節點I中的處理器模塊在未知節點2的基礎上還設有用於通過上位機讀取錨節點I處理器中的數據的串口模塊；其中傳感器接口使用1.25mm單排針將處理器晶片的PAO?PA3的I/O接口擴展出來，串口模塊由串口晶片及外圍電路組成(JTAG接口使用2.54mm雙排針將ATMEGAL128晶片支持的IEEE1149.1協議標準的JTAG接口擴展出來，以便完成對非易失性存儲器、熔絲位進行編程，以及調試仿真；傳感器接口使用1.25mm單排針將ATMEGAL128晶片的PAO?PA3的I/O接口擴展出來，以便和採集不同物理信息的傳感器連接；串口模塊中的串口晶片為MAX3232晶片)。
[0027]3、2.4GHz射頻模塊設計:2.4GHz射頻模塊由cc2420晶片，外圍電路和倒F型板載天線組成,主要完成節點之間的數據傳輸。發送時:處理器模塊通過SPI接口將本節點的ID信息數據寫入到cc2420的寄存器中，cc2420將ID信息數據送到128Bit的發送緩存器中，根據IEEE802.15.4標準，通過32位的碼片的擴頻序列將ID信息數據擴頻後發送到DA轉換器，然後經過低通濾波和上變頻的混頻後將ID信息數據調製到2.4GHz，通過外圍電路放大後經過倒F型板載天線發送出去。接收時:當倒F天線接收到射頻信號時，經過低噪聲放大器和I/Q下變頻處理後，將此混頻信號經過濾波、放大、AD變換、自動增益控制、數字解調和解擴，最終恢復出傳輸的正確數據包，將這個正確數據包放到cc2420晶片的FIFO緩存器中，通過檢驗、解析這個數據包，判斷是否滿足IEEE802.15.4標準的幀格式，如果滿足，則成功接收，否則放棄這個數據包，進行下一次接收。
[0028]4,433MHz射頻模塊設計:433MHz射頻模塊由RF12晶片和天線組成，其功能是完成錨節點之間的時間同步，RF12晶片內部集成所有射頻功能，因此發送時:首先處理器通過I/O接口配置好RF12的參數，再將需要發送的時刻信息數據通過I/O接口寫入RF12發射寄存器中，RF12自動將時刻信息調製後通過天線發送出去。接收時:當RF12成功接收到信息時，通過中斷的方式，通知處理器通過I/O接口讀取所接收到的數據。
[0029]上面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作了詳細說明，但是本實用新型並不限於上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識範圍內，還可以在不脫離本實用新型宗旨的前提下作出各種變化。
【權利要求】
1.一種基於射頻輔助的無線傳感網絡中節點定位裝置，其特徵在於:所述定位裝置由錨節點(I)和未知節點(2)組成；所述錨節點(I)包括電源模塊I (11)、2.4GHz射頻模塊I (12)、處理器模塊I (13)、433MHz射頻模塊(14)，其中處理器模塊I (13)通過SPI接口與2.4GHz射頻模塊I (12)連接，通過通用I/O接口模擬SPI接口功能與433MHz射頻模塊(14)連接；所述未知節點(2)包括電源模塊II (21),2.4GHz射頻模塊II (22)、處理器模塊II(23)，其中處理器模塊II (23)通過SPI接口與2.4GHz射頻模塊II (22)連接。
2.根據權利要求1所述的基於射頻輔助的無線傳感網絡中節點定位裝置，其特徵在於:所述錨節點(I)和未知節點(2)中的電源模塊使用2節1.5v乾電池及使用穩壓晶片構成的穩壓電路為各個模塊供電。
【文檔編號】H04W84/18GK203523049SQ201320591926
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年9月25日 優先權日:2013年9月25日
【發明者】毛劍琳, 羅平, 向鳳紅, 遲子鋮, 付麗霞, 郭寧, 段紹米 申請人:昆明理工大學