一種基于射頻輔助的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于射頻輔助的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位裝置，屬于嵌入式開發(fā)與無線通信的交叉領(lǐng)域。本實(shí)用新型所述定位裝置由錨節(jié)點(diǎn)和未知節(jié)點(diǎn)組成；所述錨節(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)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(shí)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】一種基于射頻輔助的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種基于射頻輔助的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位裝置，屬于嵌入式開發(fā)與無線通信的交叉領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]無線傳感網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network, WSN)的研究起步于20世紀(jì)90年代末期，是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)的巨大應(yīng)用價(jià)值，它已經(jīng)引起了世界許多國家的軍事部門、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的極大關(guān)注.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過節(jié)點(diǎn)之間的相互協(xié)作來完成任務(wù)。因此能應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如:在部隊(duì)到達(dá)戰(zhàn)區(qū)之前向其拋灑大量傳感器感知敵方動(dòng)作，并返回?cái)?shù)據(jù)信息。因此傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以被廣泛地應(yīng)用于國防、軍事、安全、環(huán)境監(jiān)測、交通管理、醫(yī)療衛(wèi)生等許多領(lǐng)域。
[0003]無線傳感網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)采集的信息，都需要包含有位置信息才有意義。所以無線傳感網(wǎng)絡(luò)中定位是現(xiàn)在所面臨的一個(gè)難題?，F(xiàn)有的基于GPS的定位裝置，成本昂貴；基于到達(dá)角度(Angle Of Arrival, Α0Α)的定位裝置需要添加天線陣列，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜且增加了節(jié)點(diǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有定位裝置成本高的不足，提供了一種基于射頻輔助的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位裝置。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種基于射頻輔助的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位裝置，所述定位裝置由錨節(jié)點(diǎn)I和未知節(jié)點(diǎn)2組成；所述錨節(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)I和未知節(jié)點(diǎn)2中的電源模塊使用2節(jié)1.5v干電池及使用穩(wěn)壓芯片構(gòu)成的穩(wěn)壓電路為各個(gè)模塊供電。
[0007]本實(shí)用新型的工作原理是:
[0008]所述定位裝置由錨節(jié)點(diǎn)I和未知節(jié)點(diǎn)2組成；所述錨節(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)I和未知節(jié)點(diǎn)2中的電源模塊使用2節(jié)1.5v干電池及使用穩(wěn)壓芯片構(gòu)成的穩(wěn)壓電路為各個(gè)模塊供電。
[0010]所述錨節(jié)點(diǎn)I和未知節(jié)點(diǎn)2中的2.4GHz射頻模塊由802.15.4協(xié)議芯片、外圍電路、天線組成；發(fā)送時(shí)處理器模塊通過SPI接口將自身的ID信息寫入到802.15.4協(xié)議芯片的寄存器中，802.15.4協(xié)議芯片將ID信息送到發(fā)送緩存器，根據(jù)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過擴(kuò)頻、D/A變換、低通濾波、調(diào)制、放大后，通過天線發(fā)送；當(dāng)天線接收到射頻信號(hào)時(shí)經(jīng)過下變頻處理、濾波、放大、A/D變換、數(shù)字解調(diào)，恢復(fù)出傳輸?shù)恼_數(shù)據(jù)包放到802.15.4協(xié)議芯片的FIFO緩存器中，如果數(shù)據(jù)包滿足IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的幀格式，則成功接收，否則放棄這個(gè)數(shù)據(jù)包，進(jìn)行下一次接收。
[0011 ] 所述未知節(jié)點(diǎn)2中的處理器模塊設(shè)有JTAG接口、傳感器接口，所述錨節(jié)點(diǎn)I中的處理器模塊在未知節(jié)點(diǎn)2的基礎(chǔ)上還設(shè)有用于通過上位機(jī)讀取錨節(jié)點(diǎn)I處理器中的數(shù)據(jù)的串口模塊；其中傳感器接口使用1.25mm單排針將處理器芯片的PAO?PA3的I/O接口擴(kuò)展出來，串口模塊由串口芯片及外圍電路組成。
[0012]所述錨節(jié)點(diǎn)I中的433MHz射頻模塊14由射頻芯片和天線組成；發(fā)送時(shí)處理器模塊通過I/o接口配置好射頻芯片的參數(shù)，再將需要發(fā)送的時(shí)刻信息數(shù)據(jù)通過I/O接口寫入射頻芯片的發(fā)射寄存器中，射頻芯片自動(dòng)將時(shí)刻信息調(diào)制后通過天線發(fā)送出去；當(dāng)射頻芯片成功接收到信息時(shí)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(shù)據(jù)。
[0013]本實(shí)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(shí)用新型中所述錨節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)連接框圖；
[0015]圖2為本實(shí)用新型中所述未知節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)連接框圖；
[0016]圖3為本實(shí)用新型中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布框圖；
[0017]圖4為本實(shí)用新型中電源模塊的電路圖；
[0018]圖5為本實(shí)用新型中處理器模塊與各個(gè)模塊連接的電路圖；
[0019]圖中各標(biāo)號(hào)為:1為錨節(jié)點(diǎn)、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(jié)點(diǎn)、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(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例1:如圖1-5所示，一種基于射頻輔助的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位裝置，所述定位裝置由錨節(jié)點(diǎn)I和未知節(jié)點(diǎn)2組成；所述錨節(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)I和未知節(jié)點(diǎn)2中的電源模塊使用2節(jié)1.5v干電池及使用穩(wěn)壓芯片構(gòu)成的穩(wěn)壓電路為各個(gè)模塊供電。
[0022]實(shí)施例2:如圖1-5所示，一種基于射頻輔助的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位裝置，所述定位裝置由錨節(jié)點(diǎn)I和未知節(jié)點(diǎn)2組成；所述錨節(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)I和未知節(jié)點(diǎn)2中的電源模塊使用2節(jié)1.5v干電池及使用穩(wěn)壓芯片構(gòu)成的穩(wěn)壓電路為各個(gè)模塊供電。
[0024]1、電源模塊設(shè)計(jì):電源模塊使用2節(jié)1.5v干電池為上述所有模塊提供電源。針對電源使用出現(xiàn)的電壓不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了使用REG1117芯片構(gòu)成的穩(wěn)壓電路為各個(gè)模塊提供能源。
[0025]2、處理器模塊設(shè)計(jì):錨節(jié)點(diǎn)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芯片，ATMEGAL128L芯片使用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(jié)點(diǎn)處理器同樣使用ATMEGAL128L芯片，2.4GHz射頻模塊通過SPI接口與ATMEGAL128L芯片連接。
[0026]其中，所述未知節(jié)點(diǎn)2中的處理器模塊設(shè)有JTAG接口、傳感器接口，所述錨節(jié)點(diǎn)I中的處理器模塊在未知節(jié)點(diǎn)2的基礎(chǔ)上還設(shè)有用于通過上位機(jī)讀取錨節(jié)點(diǎn)I處理器中的數(shù)據(jù)的串口模塊；其中傳感器接口使用1.25mm單排針將處理器芯片的PAO?PA3的I/O接口擴(kuò)展出來，串口模塊由串口芯片及外圍電路組成(JTAG接口使用2.54mm雙排針將ATMEGAL128芯片支持的IEEE1149.1協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口擴(kuò)展出來，以便完成對非易失性存儲(chǔ)器、熔絲位進(jìn)行編程，以及調(diào)試仿真；傳感器接口使用1.25mm單排針將ATMEGAL128芯片的PAO?PA3的I/O接口擴(kuò)展出來，以便和采集不同物理信息的傳感器連接；串口模塊中的串口芯片為MAX3232芯片)。
[0027]3、2.4GHz射頻模塊設(shè)計(jì):2.4GHz射頻模塊由cc2420芯片，外圍電路和倒F型板載天線組成,主要完成節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸。發(fā)送時(shí):處理器模塊通過SPI接口將本節(jié)點(diǎn)的ID信息數(shù)據(jù)寫入到cc2420的寄存器中，cc2420將ID信息數(shù)據(jù)送到128Bit的發(fā)送緩存器中，根據(jù)IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，通過32位的碼片的擴(kuò)頻序列將ID信息數(shù)據(jù)擴(kuò)頻后發(fā)送到DA轉(zhuǎn)換器，然后經(jīng)過低通濾波和上變頻的混頻后將ID信息數(shù)據(jù)調(diào)制到2.4GHz，通過外圍電路放大后經(jīng)過倒F型板載天線發(fā)送出去。接收時(shí):當(dāng)?shù)笷天線接收到射頻信號(hào)時(shí)，經(jīng)過低噪聲放大器和I/Q下變頻處理后，將此混頻信號(hào)經(jīng)過濾波、放大、AD變換、自動(dòng)增益控制、數(shù)字解調(diào)和解擴(kuò)，最終恢復(fù)出傳輸?shù)恼_數(shù)據(jù)包，將這個(gè)正確數(shù)據(jù)包放到cc2420芯片的FIFO緩存器中，通過檢驗(yàn)、解析這個(gè)數(shù)據(jù)包，判斷是否滿足IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的幀格式，如果滿足，則成功接收，否則放棄這個(gè)數(shù)據(jù)包，進(jìn)行下一次接收。
[0028]4,433MHz射頻模塊設(shè)計(jì):433MHz射頻模塊由RF12芯片和天線組成，其功能是完成錨節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)間同步，RF12芯片內(nèi)部集成所有射頻功能，因此發(fā)送時(shí):首先處理器通過I/O接口配置好RF12的參數(shù)，再將需要發(fā)送的時(shí)刻信息數(shù)據(jù)通過I/O接口寫入RF12發(fā)射寄存器中，RF12自動(dòng)將時(shí)刻信息調(diào)制后通過天線發(fā)送出去。接收時(shí):當(dāng)RF12成功接收到信息時(shí)，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(shù)據(jù)。
[0029]上面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作了詳細(xì)說明，但是本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本實(shí)用新型宗旨的前提下作出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種基于射頻輔助的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位裝置，其特征在于:所述定位裝置由錨節(jié)點(diǎn)(I)和未知節(jié)點(diǎn)(2)組成；所述錨節(jié)點(diǎn)(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(jié)點(diǎn)(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(jù)權(quán)利要求1所述的基于射頻輔助的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位裝置，其特征在于:所述錨節(jié)點(diǎn)(I)和未知節(jié)點(diǎn)(2)中的電源模塊使用2節(jié)1.5v干電池及使用穩(wěn)壓芯片構(gòu)成的穩(wěn)壓電路為各個(gè)模塊供電。
【文檔編號(hào)】H04W84/18GK203523049SQ201320591926
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)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(xué)