[实用新型]用于距离测量和数据传输的无线传感器网络节点设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及无线传感器网络(WSN)技术领域，具体涉及一种用于距离测量和数据传输的无线传感器网络节点设备。

背景技术

无线传感器网络是新兴的研究领域，是目前IT领域中的研究热点之一。无线传感器网络在军事、环境、健康、家庭、商业领域等许多方面有着巨大的潜在应用前景。

传感器节点需要完成信息采集、处理和传播的功能，同时要求成本低、体积小、功耗极低、传感器节点一般由电池供电，在不更换电池的情况下要求能够工作数月至数年之久，典型的传感器节点包括信息采集模板、信息处理模块、无线通信模块和电源模块。如何在成本、体积和功耗的限制下，实现传感器节点是无线传感器网络需要解决的关键技术之一。

现有超声波进行测距时由于采用的超声波测距精度不高，导致利用该距离值执行跟踪算法时存在较大误差而跟踪失败。同时由于超声波传感器始终处于一种周期性的工作状态，导致超声波测距的能量损耗较大，不符合无线传感器网络节点设计的要求。

随着无线通信技术的发展，新兴的无线网络技术，例如WiFi、ZigBee、蓝牙和超宽带等，在办公室、家庭、工厂等得到了广泛应用。现有的无线传感器网络节点由于无线射频收发模块本身的限制主要采用433MHZ，868MHZ等管制频率的无线电传输频道，给用户的使用带来了诸多的不便。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提供用于距离测量和数据传输的无线传感器网络节点设备，该节点设备具有主动测距，被动红外感应，信息处理，无线传输等功能，能够组成无线传感器网络，整个节点设备测距精度高，功耗小，实用价值高。本实用新型通过如下技术方案实现：

用于距离测量和数据传输的无线传感器网络节点设备，包括超声波测距模块，被动红外感应模块，传感器扩展接口模块，微处理器和无线通信模块，电源模块。其中，微处理器和无线通信模块和传感器扩展接口模块相连，传感器扩展接口模块分别和超声波测距模块和被动红外感应模块相连，电源模块分别和其它各模块相连。

超声波测距模块采用型号为“SRF08”的高性能超声波传感器，其具有测量精度高，数字信号直接输出的特点。SRF08超声波测距仪能提供了厘米甚至微米级的精度，检测范围为最小3厘米，最大6米，工作频率为40KHz，外部管脚由SCL和SDA构成I2C总线。每对超声波被赋予了一个不同的I2C总线地址，通过编程可以改变地址，数字输出可以是英寸，厘米，或者是微秒表示的回波反射时间，可以工作在连续探测模式并支持神经元网络模式，能够将多次读数当作神经元网络的输入，从而进行更高级的算法处理。每对超声波传感器有60度的角度，可以根据需要连接多个，SRF08并联连接，最多可以连16个。采用I2C总线连接。

在本实用新型中，SRF08的“Do Not Connect”管脚接地，因为在出厂后所述“Do NotConnect”管脚被厂家用来对板载的PIC16F872进行编程用的，SRF08有一个内部上拉电阻。实验验证了如果“Do Not Connect”管脚接地的话，电流消耗将从3mA下降到1mA。基于此在本设计中利用这个特性来降低节点的电流消耗，降低节点能耗。管脚SCL和SDA不需要外加上拉电阻，因为Micaz自身有个内部上拉电阻。

被动红外感应模块采用型号为“AMN14111”的被动红外传感器，检测范围达10米，内置放大器，具有数字信号输出的特点。

传感器扩展接口模块为Crossbow公司的MDA100CB数据采集板，具有51pin的接口。

微处理器和无线通信模块采用Crossbow公司的内部集成了ATMega128L和支持Zigbee技术的CC2420射频芯片的Micaz节点，其具有51pin接口，和权利要求4所述的MDA100CB数据采集板通过51pin接口相连。

电源模块由四节五号1.2V的充电电池组成的电池盒。超声波测距模块、被动红外感应模块分别和5V电源相连，传感器扩展接口模块和3.3V电源相连。

本实用新型相对于现有技术具有如下有益效果：

(1)超声波主动测距能力，测距精度高：SRF08超声波测距仪能提供了厘米甚至微米级的精度

(2)功耗小，节点设备的微处理器和无线通信模块都支持休眠功能，通过编程控制，可使节点大部分时间都处于休眠状态，大幅度地降低节点的平均功耗。采用电池作为能源，无需布线，显著降低布线成本和安全隐患。