[发明专利]一种超声波收发节点及其实现方法

权利要求书

1.一种超声波收发节点，其特征在于该传感器节点以处理控制模块(1)为中心，信息感知模块(2)与处理控制模块(1)单向联通，供电模块(3)通过集成供电方式为整个节点提供能源；其中，处理控制模块(1)包括：发射部分六通道反相器74HC04，接受部分红外遥控接收器CX20106；信息感知模块(2)包括：TR-40系列通用型超声波发射接收传感器；供电模块(3)由无线节点供电、交流转直流和直流转直流的三种供电方式组成；

发送部分的处理控制模块通过第一个51针端口(A)与无线传感器网络节点相连，接收来自无线节点的控制信号，处理后控制信息感知模块发送超声波信号；接收部分接收来自信息感知模块的超声波信号，处理后通过第二个51针端口(B)发送给无线节点数据信号；供电模块处理来自无线传感器节点通过第三个51针端口(C)或外接5～18伏直流电源和交流电源，为收发节点供电。

2.一种超声波收发节点的实现方法，其特征在于超声波收发节点的实现方法所包含的步骤为：

步骤1)明确传感器硬件平台所需要完成的总体功能和基本性能指标：节点需要完成实时数据采集、信号处理和控制、多种供电方式多种功能，节点要求具有较高的系统可靠性和集成度，较好的实时分析与处理能力，实时信息采集和处理，并且具备长时间低能耗的工作条件，

步骤2)确定无线传感器网络节点的输入输出：分为发送和接收超声波两部分，发送端要求输入信号控制超声波的发送，接收端根据接收的超声波信号输出一个识别信号，包括了信息发送、接收和处理，完成超声波信号的实时发送和接收处理，

步骤3)明确节点信号类型与数据特性：发送节点信号是传输于38KHZ—40KHz的超声波方波，具体调制方法可以通过软件来实现，接收节点经电路处理，传输一个下降沿信号，无线节点通过软件处理这个信号，

步骤4)节点的执行方式与功能实现：节点通过标准51针接口与无线节点进行连接，在无线节点的控制与监视下，即可执行相关操作，完成应用任务，

步骤5)节点的基本构架设计：节点的基本构架遵循一般嵌入式产品的基本模式，同时，基于实际应用的需要，在各个层面上都有所扩展，节点基本构架由三个层面组成，自下而上分别是：供电部件层，数据处理控制层和超声波信号层；

步骤6)节点设计方案的描述：系统采用自顶向下的方法将本节点的功能部件进行模块划分，主要包括：信号感知模块、处理控制模块和供电模块，

步骤7)信息感知模块的实现：信息感知模块使用通用超声波发送接收头，提供超声波信息的采集工作，与处理控制模块相连，实现超声波信号的发送和接收，

步骤8)处理控制模块的实现；节点的处理控制模块是整个节点的核心模块，进行信号发送接收处理以及与无线传感器节点进行交互，将信息感知模块采集到的超声波信息转化为电信号的形式，并通过51针标准串行接口与无线传感器节点进行交流，发送部分控制超声波信号的发送，接收部分处理超声波信号的接收处理，无线传感器节点利用51针标准串行接口控制和接收超声波信息，

步骤9)供电模块的实现：供电模块为上述所有模块提供能源供给，给出三种供电方式，用户可在不同供电方式下进行切换，为处理控制模块和信号感知模块供电，

步骤10)根据本系统的规模和硬件平台的复杂程度，采用分块式的结构设计方式，将系统整体按照功能进行划分，包括信号感知模块、处理控制模块和供电模块，在实际设计过程中，每一个模块都对应了相应的系统功能，并最终通过系统总线相连接，完成UsCell节点的整体功能的实现，

步骤11)超声波发送接收设备的选择：超声波发射接收采用收发TR-40系列通用型超声波发射接收传感器，它是采用压电效应工作的传感器，其振子用压电陶制成，加上共振喇叭可提高动作灵敏度，当处于发射状态时，外加共振频率的电压能产生超声波，将电能转化为机械能；当处于接收状态时，又能很灵敏的探测到共振频率的超声波，将机械能转化为电能，

步骤12)发送控制芯片的选择：超声波发射端把从单片机发送过来的40KHZ的方波进行整波，并把方波送给超声波压电式发射头，向外界发送超声波信号，选择高速硅门CMOS设备和低功耗肖特基晶体管逻辑电路引脚的六通道反相器74HC04产生两个波形相反的方波信号送给发射头的两端，

步骤13)接收处理芯片的选择：超声波接收端利用超声波接收头接收发射端发送的40KHZ方波，把方波信号送给红外遥控接收器CX20106进行分析，产生一个下降沿发送给单片机进行处理，带通滤波器的中心频率可由电阻调节，范围30—60KHz，

步骤14)电源芯片的选择：超声波传感器电路芯片74HC04和CX20106的典型工作电压都是5V，根据设计思想，提供三种供电方式：①输入5～18V的交流电压转化为5V的直流电压②5～18V的直流电压转化为5V的直流电压③把节点上提供的3.3V的直流电压转化为5V的直流电压。