[发明专利]一种微型自适应配置式无线传感器网络设备

说明书

技术领域

本发明是一种使用开放无线电频段，可实现自组织联网的基于IEEE802.15.4标准的微型无线数据收发设备。属于无线数据收发设备设计和制造的技术领域。

背景技术

近年来随着无线通信、集成电路、传感器以及微机电系统(MEMS，micro-electro-mechanism system)等技术的飞速发展，使得低成本、低功耗、多功能的微型无线传感器的大量生产成为可能，这些微型无线传感器具有无线通信、数据采集和处理、协同合作等功能，无线传感器网络就是由许多这些传感器节点协同组织起来的。传感器技术是信息获取的最重要也是最基本的技术。从目前的进展来看，所有现存的事物、状态、过程和演进都可以用物理量来描述，这个量就含有信息，可以用传感器来获得。传感器网络的节点可以随机或者特定地布置在目标环境中，它们之间通过特定的协议自组织起来，能够获取周围环境的信息并且相互协同工作完成特定任务。同时，传感器信息获取技术从单一到集成化、微型化，进而智能化、网络化，成为信息获取的新手段，从而出现无线传感器网络技术和相应的应用。

无线传感器网络最初来源于美国先进国防研究项目局(DARPA-DefenseAdvanced Research Projects Agency)的一个研究项目，当时处于冷战时期，为了监测敌方潜艇的活动情况，需要在海洋中布置大量的传感器，使用这些传感器所监测的信息来实时监测海水中潜艇的行动。但是由于当时技术条件的限制，使得无线传感器网络的应用只能局限于军方的一些项目中，难以得到推广和发展。近年来随着相关联技术的发展，使得无线传感器网络的理想蓝图能够得以实现，其应用前景越来越广，国外各个研究机构对它的研究也正方兴未艾。

由于无线传感器网络可以实时检测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，获得详尽而准确的信息，传送到需要这些信息的用户。因此，这种网络系统可以被广泛地应用于国防军事、国家安全、环境检测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾等领域。传感网络是信息感知和采集的一场革命，传感网络尤其是无线传感网络作为一个全新的研究领域，在基础理论和工程技术两个层面向科技工作者提出了大量的挑战性研究课题。

无线传感网络中的节点可以自由移动，以Ad Hoc方式构成无线网络，网络的拓扑结构也会随着节点的移动而不断的动态变化。同时，节点间以Ad Hoc方式进行通信，每个节点都可以充当路由器的角色，而且每个节点都具备动态搜索、定位和恢复连接的能力。Zigbee技术是无线传感网络技术典型特征，以低速、低成本、低功耗、网络可延展成为当前学术界企业界共同的关注的热点技术，无线收发设备是无线传感网络节点功能实现的关键部件。

Crossbow公司开发的无线传感器节点Mica，处理器芯片采用Atmel公司的AVR系列，无线收发模块采用RFM公司的TR1000或者Chipcon公司的CC1000，外加相应传感器接口，实现了无线传感器节点，具体实物如图1所示。

现有技术的缺点：

1.Atmel的AVR单片机功耗较大，不能完全满足无线传感器网络中苛刻的功耗要求。

2.无线收发模块可以工作在ISM频段，但都是只能运行在ISM频段的915MHz或868MHz，这两个频段并不能全球通用。其中900MHz-928MHz只适用于美洲大陆，868MHz-870MHz只适用于欧洲大部分地区。ISM频段中只有2.4GHz是全球通用的。

3.无线收发模块的通信速率有限，其中TR1000的速率为115kbps，而CC1000的速率只有78.6kbps。对于某些应用，过低的传输速率会成为系统的瓶颈所在，影响整个网络的性能。

4.无线收发模块不支持Zigbee协议，给特定的无线传感器网络应用，带来一定的麻烦。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种微型自适应配置式无线传感器网络设备，该设备经济实用，使用开放无线电频段，可实现自组织联网的基于IEEE802.15.4标准的微型无线数据收发设备。

技术方案：首先对本发明中的缩略语和关键术语定义：

WSN：Wireless Sensor Networks    无线传感器网络

PC：Personal Computer            个人电脑

RF：Radio Freqency               射频

LED：Light-Emitting Diode        发光二级管