[实用新型]一种基于TD-SCDMA的无线传感器汇聚节点装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种无线通信与信息网络技术领域，特别是无线传感器网络和TD-SCDMA网络的汇聚节点装置。

背景技术

无线传感器网络被认为是21世纪最重要的技术之一，在军事、商业、医疗、家庭生活、灾难拯救和安全生产等广泛领域具有巨大的应用价值和发展前景。无线传感器网络是一种能在事先没有构建网络基础设施的环境下，由传感器节点临时组成的一种自组织、自管理的网络。网络中每个节点可随时加入和退出，拓扑结构频繁变化，并且由于每个节点的通信覆盖面小（采用射频通信方式），节点间通信常常要经过其它节点的多跳转发。造成的无线传感器网络无法大范围推广使用。以上这一特点决定了只有将它与现有的3G网络基础设施相融合，才能方便人们进行网络控制、管理和数据获取，进而最大限度地发挥其作用。无线传感器网络的汇聚节点又称网关节点，位于传感器网络节点和管理节点之间，它连接传感器内部网络和用户，是传感器网络与现有的网络设施相融合的关键所在。因此需要考虑怎样把汇聚节点的通信方式由传统的射频方式改为TD-SCDMA方式，是解决此问题的关键所在。而当前还没有相关类似的结合创新应用。

发明内容

本实用新型的目的就是要提供一种基于TD-SCDMA的无线传感器汇聚节点装置，借用中国自主产权的3G网络来传递传感器网络的数据，传感器网络通过汇聚节点中的TD-SCDMA通信模块与移动通信网的基站连接，基站负责搜集传输网络送来的所有数据，发送到Internet，并将传感数据的日志保存到本地数据库中。

本实用新型的技术方案是这样得以实现的：一种基于TD-SCDMA的无线传感器汇聚节点装置，其特点是：它包括：可以实时采集节点周围各类数字信息的多个无线传感器、接收无线传感器的射频信号的无线接收装置、处理整合无线接收装置采集到的数据信号的微控制器、将微控制器处理后的信号通过无线网络传输的TD-SCDMA无线通讯模块、为各部件提供工作电源的电源电路。

本实用新型采用TD-SCDMA进行无线传输，速度快，可以实时传输图像信息，而无线传感器网络可以实时采集节点周围的各类数字信息。本实用新型的实施将有效的解决野外医疗、地质勘探、海洋监测等难题，用信息化反复解决了传统行业无法解决的很多迫切问题。本实用新型为无线传感器网络的大规模应用打下了基础。汇聚节点采用TD-SCDMA&GSM(GPRS)双模无线通信模块实现，支持TD-SCDMA与GSM系统间跨网自动无缝切换。高可靠低成本的MSP430F425平台设计，使用单片机控制节点的工作与休眠，同时为设备提供了数据处理的功能。提供与TD-SCDMA网络进行数据交互的能力，使检测信息可以快速传递，既方便了数据分析处理，又为通过移动网络进行检测信号自动传递打下了基础。

附图说明

图1是本实用新型的汇聚节点硬件结构图。

图2是基于TD-SCDMA的无线传感网络拓扑图。

图3是本实用新型的工作原理图。 

具体实施方式

从图1、图2可见：本实用新型包括可以实时采集节点周围各类数字信息的多个无线传感器、接收无线传感器的射频信号的无线接收装置、处理整合无线接收装置采集到的数据信号的微控制器、将微控制器处理后的信号通过无线网络传输的TD-SCDMA无线通讯模块、为各部件提供工作电源的电源电路。

汇聚节点是将N个无线传感器网络信号转换发送到计算机系统，计算机系统包括TD-SCDMA接收处理装置、收发平台、信息处理数据库；计算机系统再将接收到的数据信息通过Internet/Intranet网传送到移动运营商服务器。     汇聚节点部件构成：     1）无线接收装置采用nFR905集成块，通讯频率为433MHZ。     2）微控制器采用MSP430F425单片机。     3）TD-SCDMA无线通讯模块采用TD-SCDMA&GSM(GPRS)双模无线模块，支持TD-SCDMA与GSM系统间跨网自动无缝切换，在TD-SCDMA制式下，支持上下行非对称数据传输能力，上下行数据传输速率可分别达到384kbps；支持UART和USB两种通信接口，使用更为方便和灵活，可以满足不同主控设备的需求；采用2.9mm装配高度的超薄设计，使其可以方便应用于智能手机和各类数据卡中，内部集成H.324协议栈，使得视频电话的功能实现更为简单；内部集成TCP/IP协议，可以方便连接Internet。     4）其他部件：段式液晶屏、发光二极管、大容量稳压电容、锂电池等。     图2中无线传感器汇聚节点具有丰富的硬件接口资源，为了实现该节点与现有网络的融合，系统配置了TD-SCDMA无线通信模块，具备了无线通信的能力，除了可与传感器网络内的任何节点通信，对其临近节点采集的数据进行分析、融合和预处理外，还可以连接到中国自主产权的TD-SCDMA网络。     无线传感器网络内部仍然采用射频通信方式，各传感节点采集来的数据统一发送到汇聚节点。汇聚节点通过TD-SCDMA无线通信模块与移动通信网的基站连接，基站负责搜集传输网络送来的所有数据，发送到Internet，并将传感数据的日志保存到本地数据库中。用TD-SCDMA进行无线传输速度快，可以实时传输图像信息，而无线传感器网络可以实时采集节点周围的各类数字、图像信息。汇聚节点采用TD-SCDMA&GSM(GPRS)双模无线通信模块实现，支持TD-SCDMA与GSM系统间跨网自动无缝切换。     从图3可见：汇聚节点装置核心部件有微控制器、TD-SCDMA无线通讯模块和无线收发模块。系统通过3.6V锂电池供电，通过三个线性稳压器LDO转换为恒压或恒流信号，分别为射频芯片、MSP430微控制器与TD模块供电；射频芯片接收到各簇首节点传来的数据后传给MSP430微控制器处理整合，融合数据再通过TD模块上传。     根据汇聚节点所要完成的任务，节点既要完成环境信息的采样，又要将采集到的数据通过无线网络传输，还要满足特种环境下的应用需求，所以软件结构必须具备多功能、可扩展和配置灵活等特点，本节点操作系统采用Webbit5.0，Webbit5.0具有如下特点：面向8/16位低成本微控制器，完全抢占式事件驱动的固定优先级调度程序，支持256个优先级，相同优先级任务遵循FIFO调度策略，采用信号量机制实现同步或互斥共亨，定时器管理支持一次性和周期性定时，精简、高效的动态内存管理策略，流设备管理，支持多级目录的文件系统;支持运行任务的单步调试等。因此基于TD-SCDMA的无线传感器汇聚节点的软件由微控制器的内部程序完成。软件结构如下：微控制器的内部程序主要完成以下功能，1）无线收发模块的状态检测、串口通讯；2）传感器采集信息校验，多次接收取其平均值；3）信息编码与解码；4）TD-SCDMA无线通讯模块的启动、状态接侧；5）与TD-SCDMA无线通讯模块的串口通讯；6）通讯异常状态处理。  在进行TD-SCDMA数据传输之前，无线收发模块首先要建立TCP连接过程，同时汇聚节点运行服务程序，写入指令后，无线收发模块将返回“OK’’信息，注意这个信息并不代表连接成功，只代表指令的输入正确。一般情况下，如果连接成功模块会在5到10秒内返回“CONNECT OK”，如果不成功，原因可能是汇聚节点运行服务程序没有开启或者模块处在盲区，这时模块在60秒后返回“CONNECT FAIL”。 建立连接之后，便可以进行数据传输了。