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专利名称 | 基于CC2430单片机的无线传感器网络节点 |
申请号 | CN201320714290.7 | 申请日期 | 2013-11-14 |
法律状态 | 权利终止 | 申报国家 | 中国 |
公开/公告日 | | 公开/公告号 | |
优先权 | 暂无 | 优先权号 | 暂无 |
主分类号 | H04W84/18 | IPC分类号 | H;0;4;W;8;4;/;1;8;;;G;0;8;C;1;7;/;0;2查看分类表>
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申请人 | 北京信息科技大学 | 申请人地址 | 北京市海淀区清河小营东路12号
变更
专利地址、主体等相关变化,请及时变更,防止失效 |
权利人 | 北京信息科技大学 | 当前权利人 | 北京信息科技大学 |
发明人 | 邹小平;郭昌飞;张荣荣;庄光涛 |
代理机构 | 暂无 | 代理人 | 暂无 |
摘要
一种基于CC2430单片机的无线传感器网络节点,本实用新型节点属于无线传感器网络技术领域。可用于工业数据采集,环境温度监测,医疗监护等许多应用领域。目的在于实现无线传感器网络的标准化组网,提高节点的通用性及抗干扰力,实现信号的采集与传输。其特征是节点包括电源模块,集成无线传输功能的微处理器模块、串口通信模块、按键模块、传感器接口模块、信号采集与放大模块、显示与报警模块。微处理器芯片采用TI公司的CC2430芯片,该芯片具有低功耗、低成本、抗干扰能力强的特点,芯片内部集成了无线射频模块,能完美支持Zigbee协议。本节点的优点是复杂度低、生产成本低、抗干扰能力强、能实现标准化组网。
1.一种基于CC2430单片机的无线传感器网络节点,采用模块化设计思想,包括电源模块,集成无线传输功能的微处理器模块,串口通信模块,按键模块,传感器接口模块,信号采集与放大模块,显示与报警模块,其特征是:电源模块对整个电路进行供电,输入电压为+5V直流电,供电方式有电源适配器供电、电池供电、USB供电三种,模块内置电压转换模块可将+5V转换为+3.3V输出,+5V电压对信号放大模块供电,+3.3V电压对其它模块供电,传感器接口模块最多可连接两路模拟传感器和8路数字传感器,数字传感器采集的数字传感信号直接送入微处理器模块,模拟传感器采集的模拟信号必须经信号放大后送入微处理器模块,微处理器模块最多能同时处理1路模拟传感信号和4路数字传感信号,CC2430微处理器集成了无线传输功能,支持2.4GHz IEEE802.15.4/ZigBee协议,支持节点进行Zigbee无线组网,能直接将数据以Zigbee无线传输的方式发送到其它节点,节点通过串口通信模块与PC机进行通信,实现节点与上位机的数据交换,LED与报警模块可以让用户监测节点的状态,用户通过按键模块来实现对节点的控制。
2.根据权利要求1所述的基于CC2430单片机的无线传感器网络节点,其特征是:节点微处理器采用Chipcon公司的CC2430单片机。
基于CC2430单片机的无线传感器网络节点 \n技术领域\n[0001] 本实用新型节点属于无线传感器网络技术领域,可用于工业数据采集,环境温度监测,无线抄表,医疗监护等许多应用领域。 \n背景技术\n[0002] 无线传感器网络的节点系统是构成无线传感器网络的基础,是承载无线传感器网络的信息感知、数据处理和网络功能的基本单元,目前常用的节点大多为采用分立元器件的系统集成技术。由于具体应用背景不同,国内外出现了多种无线传感器网络节点的硬件平台。典型的无线传感器网络节点包括CrossBow公司生产的Mica2节点、中科院计算所研制的EASINet系列节点、Moteiv公司生产的Tmote节点、耶鲁大学的XYZ节点、Intel公司生产的imote和imote2节点等。实际上,各平台的主要区别是采用了不同的处理器、不同的无线通信技术以及应用了与环境有关的不同的传感器。处理器的选择从4位的微控制器到32位ARM内核的高端处理器都有所应用,常用的无线通信技术有802.1lb、\n802.15.4(Zigbee)、射频通信技术等,在节点与传感器的连接上,有的节点采用扩展接口把处理器与传感器电路板进行连接,增加了节点的通用性,有的节点把传感器集成在节点电路板上,虽然降低了通用性,但降低了节点的成本和增加了节点的可靠性。由于实际需用节点的数量大,降低节点成本和提高节点的抗干扰能力是非常重要的。 \n实用新型内容\n[0003] 本实用新型节点的设计目的在于实现无线传感器网络的标准化组网,提高节点的通用性及抗干扰力,更好地应用于不同的环境中,实现信号的采集与传输。 [0004] 本实用新型节点采用模块化设计思想,包括电源模块,集成无线传输功能的微处理器模块,串口通信模块,按键模块,传感器接口模块,信号采集与放大模块,显示与报警模块,其特征是:电源模块对整个电路进行供电,输入电压为+5V直流电,供电方式有电源适配器供电、电池供电、USB供电三种,模块内置电压转换模块可将+5V转换为+3.3V输出,+5V电压对信号放大模块供电,+3.3V电压对其它模块供电,传感器接口模块最多可连接两路模拟传感器和8路数字传感器,数字传感器采集的数字传感信号直接送入微处理器模块,模拟传感器采集的模拟信号必须经信号放大后送入微处理器模块,微处理器模块最多能同时处理1路模拟传感信号和4路数字传感信号,CC2430微处理器集成了无线传输功能,支持2.4GHz IEEE802.15.4/ZigBee协议,支持节点进行Zigbee无线组网,能直接将数据以Zigbee无线传输的方式发送到其它节点,节点通过串口通信模块与PC机进行通信,实现节点与上位机的数据交换,LED与报警模块可以让用户监测节点的状态,用户通过按键模块来实现对节点的控制。 \n[0005] 由于CC2430单片机具有低功耗、低成本、抗干扰能力强的特点,该芯片还集成了无线发射功能,具备路由功能,是一款标准的Zigbee设备,能完美支持Zigbee协议,所以本节点的优点是复杂度低、生产 成本低、抗干扰能力强、通用性强、支持标准化组网。 附图说明\n[0006] 本实用新型基于CC2430单片机的无线传感器网络节点的附图如下: [0007] 图1本实用新型基于CC2430单片机的无线传感器网络节点模块设计图; [0008] 图2CC2430核心模块设计图 \n[0009] 图3电源模块电路 \n[0010] 图4基于CC2430核心Zigbee模块接口电路及复位电路 \n[0011] 图5按键模块电路 \n[0012] 图6LED指示灯模块电路 \n[0013] 图7数字传感器模块接口电路 \n[0014] 图8模拟传感信号输入接口及信号放大电路 \n具体实施方式\n[0015] 下面结合附图对本实用新型基于CC2430单片机的无线传感器网络节点作详细叙述。 \n[0016] 图1为本实用新型基于CC2430单片机的无线传感器网络节点模块设计图。节点以CC2430核心模块为控制中心,外围连接着电源模块、串口扩展模块、LCD液晶显示模块、数字传感信号输入接口模块、模拟传感信号输入接口模块、模拟信号放大模块、传感信号输入扩展接口模块、LED状态指示模块、按键模块。节点一共有8路数字传感信号输入接口和\n2路模拟传感信号输入接口。节点能同时处理其中的任意4路数字传感信号和1路模拟传感信号。 \n[0017] 图2为CC2430核心模块设计图。模块以带无线发射功能的CC2430芯片为核心,外围包含晶振模块、2.4GHz天线模块、LED状态指示模块和接口模块。其中接口模块为20个引脚的双排针,除了3.3V电源引脚和接地引脚外,一共有18个功能引脚。 [0018] 在制作节点之前,首先要选择器件,了解器件性能特点,然后用protel AD6.9软件或其他绘图软件绘制原理图,生成PCB板图,PCB板可由专门厂家制作加工,最后把器件按原理图焊接到电路板上,完成节点的制作。下面对各部分的原理图绘制进行详细说明。 [0019] 图3为电源模块电路,电源电路采用的是5V电源通过TPS79533转换为3.3V工作电压供电;USB提供电源,通过TPS79533转换位3.3V工作电压;仿真器直接提供3.3V工作电压和电池供电四种电源方案。 \n[0020] 图4为基于CC2430核心Zigbee模块接口电路及复位电路。接口电路将CC2430芯片的硬件资源向外扩展出来,用户可以根据自己的需要制作外围设备,也可以用不同的CPU来使用本底板。复位电路的作用是将单片机复位,该电路是一个典型的按键复位电路。 [0021] 图5为按键模块电路。键盘电路由方向键和命令键组成,方向键通过电压采样完成,通过不同的电压值来判断按键值,命令按键直接通过端口判断。 \n[0022] 图6为LED指示灯模块电路。该电路可以通过拨码开关来选择要使用的LED并给其供电,而不使用的LED不供电,则其占用的芯片引脚资源被释放。本电路的设计增强了有限的芯片引脚资源的复用。 \n[0023] 图7为数字传感器模块接口电路。其中U6接口专用于数字温度采集传感器DS18820,J5接口可用于连接输出为0-5V范围的任何数字传感器模块。 \n[0024] 图8为模拟传感信号输入接口及信号放大电路。模拟传感器信号经放大电路放大后直接输入CC2430 芯片引脚,CC2430芯片内部集成了A/D转换电路,具有A/D转换能力。 [0025] 节点PCB布线采用手工布线方式,在元件布局与PCB布线时要注意以下几个方面: \n[0026] 一、注意元器件的布局,合理的布局更容易布线成功,元件的布局尽量美观,分配密度合理,按键便于使用。 \n[0027] 二、电源线和地线的问题:设计PCB板时,若电源线和地线的位置良好配合,可以降低电磁干扰的可能性。如果设计的电源线和地线配合不当,如设计出系统环路,就会产生噪声干扰。电源线和地线要尽量加粗,减少环路电阻,同时,尽量使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致,这样有助于增强抗噪声能力。 \n[0028] 三、数字电流不应流经模拟器件,高速电流不应流经低速器件。 [0029] 画好的电路板交予厂家加工,然后手工焊接元器件,形成无线传感器网路节点。在焊接过程中,要注意器件引脚的方向,要防止虚焊和短路。
法律信息
- 2016-01-06
未缴年费专利权终止
IPC(主分类): H04W 84/18
专利号: ZL 201320714290.7
申请日: 2013.11.14
授权公告日: 2014.06.25
- 2014-06-25
引用专利(该专利引用了哪些专利)
序号 | 公开(公告)号 | 公开(公告)日 | 申请日 | 专利名称 | 申请人 | 该专利没有引用任何外部专利数据! |
被引用专利(该专利被哪些专利引用)
序号 | 公开(公告)号 | 公开(公告)日 | 申请日 | 专利名称 | 申请人 | 1 | | 2016-03-14 | 2016-03-14 | | |