[实用新型]一种基于定向天线自动变向的汇聚节点

说明书

技术领域

本实用新型涉及基于定向天线无线传感器网络组网问题，具体涉及一种基于定向天线自动变向的汇聚节点。

背景技术

无线传感器网络(WSN)作为物联网的关键技术之一。已引起了国内外学者的广泛关注，将WSN技术应用于环境监测和生态研究是目前研究热点之一。WSN具有自组织、低功耗、高可靠性等特点，将无线传感器网络与农田参数传感器相结合，可实现大范围、多点农田参数的在线实时监测，对加快农业生产信息化程度、提高农作物的质量和产量有着重要意义。

目前大部分无线传感器网络路由协议都是基于全向天线技术的，近年来，在无线传感器网络中使用定向天线的研究也逐渐被关注。与全向天线相比，定向天线具有提高网络空间复用率、增大网络覆盖区域、节约能量消耗等优点。

基于无线传感器网络的农业监测系统一般由传感器节点、汇聚节点和远程网络监测终端组成。分布在指定监测区域的各个传感器节点负责采集所需监测的环境参数，如空气温湿度、光照强度、二氧化碳浓度、土壤温度水分等参数后，发送到汇聚节点。再由汇聚节点通过GPRS模块上传至远程服务器。而汇聚节点收发数据、处理数据的能力在一定程度上决定了整个无线传感网络的性能，所以如何设计一个有效收发数据、高效处理数据的汇聚节点也成为农业监测系统中需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术的缺点，本实用新型的目的是提供一种基于定向天线自动变向的汇聚节点，通过对RSSI和丢包率的检测，由处理器控制步进电机及其外围驱动电路带动发射角度为65度的定向天线根据实际情况自动旋转一定角度。

为实现上述目的，本实用新型一种基于定向天线自动变向的汇聚节点的技术方案为：包括处理器模块、电源模块、太阳能充电模块、射频无线通信模块、GPRS模块、存储模块、串口调试模块以及天线转台模块。

所述的处理器模块分别与射频无线通信模块、GPRS模块、存储模块、串口调试模块以及天线转台模块相连。

所述的电源模块分别与太阳能充电模块、处理器模块、射频无线通信模块、GPRS模块、SD卡存储模块、串口调试模块以及天线转台模块相连。

所述的处理器模块选用芯片为STM32F103VET6。

所述的电源模块选用芯片为转换效率高的开关稳压芯片TPS62170。

所述的太阳能充电模块选用锂电池线性充电管理芯片BQ2057。

所述的射频无线通信模块选用超低功耗、通信距离远、且带有RSSI功能的无线射频模块E41-T100S2。

所述的GPRS模块选用RS-485接口输出的WG-8010。

所述的存储模块选用SPI通信方式的SD卡。

所述的串口调试模块选用TTL电平转RS232电平转换芯片MAX3232及其外围电路。

所述的天线转台模块是由处理器控制步进电机及其外围驱动电路带动发射角度为65度的定向天线根据实际情况自动旋转一定角度。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)本实用新型设计合理、适用性强，采用基于RSSI和丢包率的天线转台模块是由处理器控制步进电机及其外围驱动电路带动发射角度为65度的定向天线根据实际情况自动旋转一定角度。

(2)本实用新型可增大网络覆盖区域，进而增大监测面积。

(3)本实用新型采用TI公司先进的锂电池充电管理芯片，能在长期监测过程中能量自补给。

(4)本实用新型所用到的外设如GPRS模块、SD卡模块、天线转台模块等的供电与否均由PMOS管为核心组成的低功耗控制电路所控制。

(5)由于本实用新型布置在野外监测区域，电池容量有限。所以本汇聚节点分为工作模式和待机休眠模式。在待机模式中，节点能量的消耗远远小于工作模式。达到低功耗节能的目的。

(6)本实用新型为了增加系统稳定性和可靠性。软件上移植实时嵌入式操作系统uCos-II以及使用主处理器自带的独立开门狗资源可防止程序跑飞。

(7)装置中控制电路采用直流12V供电，低压供电可确保操作员的安全。

附图说明

图1为本实用新型一种基于定向天线自动变向的汇聚节点结构示意图；

图2为本实用新型原理图；

图3为本实用新型太阳能充电电路原理图；

图4为本实用新型低功耗PMOS管控制GPRS模块通断电电路原理图；

图5为本实用新型接收数据包格式；

图6为本实用新型工作流程图；

具体实施方式