[发明专利]无线传感器网络节点

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络中的节点，能够实现无线传感器网络中数据的同步采集及网络中节点的长时间睡眠和定时唤醒工作模式转换，极大降低节点功耗，适用于低功耗的无线传感器网络。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)作为一个新兴的技术，由部署在检测区域内大量的廉价微型节点组成，通过无线通信方式形成一个多跳的自组织网络，协作地采集和处理检测区域中的感知对象信息，并发送给观察者。它的出现产生了一种全新的信息获取和处理模式，结合不同类型的传感器，在环境监测、军事侦察、智能家居、智能交通、工业控制等众多领域有着广阔的应用前景。

其中无线传感器网络是由大量低成本的传感器节点构成的自组织网络。因为工作环境及成本原因，传感器节点通常使用电池供电，能量十分有限，因此提高能量有效性、延长网络寿命成为传感器网络设计的关键技术。对于实际的检测环境中数据的采集一般不是很频繁，而目前的传感器节点一般是通过微处理器内部的睡眠定时器来实现短时间周期性的频繁唤醒，来巡检是否有数据的采集要求，时钟的校准是通过相关通信协议软件算法来实现，在实际应用中存在比较大的缺陷。

发明内容

为了克服现有的传感器网络中频繁的时间唤醒机制、时间同步及校准的复杂性，本发明提供了一种带有精准时钟模块的无线传感器网络节点。节点的精准时钟模块控制节点的MCU，可实现网络时间同步和校准及长时间睡眠与定时唤醒转换，极大降低节点功耗，从而有效地拓展了整个网络的生命周期。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

无线传感器网络节点外接带闹钟功能的精准实时时钟芯片，使节点在空闲时处于关闭状态，每当采集数据时间到，由时钟芯片输出中断信号开启节点的MCU系统以响应上位机指令，校准本地时钟并进行数据采集，在数据采集结束后，程序控制MCU系统断电，使无线传感器网络节点再次处于关闭状态，转入长时间休眠，一直到下一次中断唤醒信号。

本专利的有益效果是，利用精准时钟模块控制无线传感器网络节点实现长时间的休眠和定时唤醒、时间同步和校准，即保证了按时采集传感器节点数据，又减少了节点频繁的周期唤醒与休眠，节约了大量电池能量，在很大程度上使节点的功耗更低，从而延长了整个网络的生命周期。

附图说明

图1是本发明节点的硬件结构框图；

图2是本发明节点精准时钟芯片的写操作工作时序图；

图3是本发明节点精准时钟芯片控制节点MCU工作时序图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，一种无线传感器网络节点的硬件框图主要包括MCU、系统时钟、RF模块、电源模块、传感器接口和精准时钟模块组成。其中，①MCU为整个传感器节点的控制中心；②系统时钟为节点的工作提供稳定的外部时钟；③RF模块在MCU的控制下实现无线信号的收发；④电源模块为节点及外围模块提供稳定的电源，一般用电池来实现；⑤传感器接口用于节点与传感器的连接；⑥精准时钟模块是由带闹钟的精准时钟芯片及外围器件组成，使节点能够进行较长时间休眠和定时唤醒工作模式转换，来实现整个网络的时间同步及完成同步数据采集功能。

MCU为整个无线传感器网络节点的控制中心，与系统时钟、RF模块、电源模块、传感器接口和精准时钟模块均有连接，用于控制传感器采集数据及控制无线通信RF模块与其他节点进行无线通信；系统时钟与MCU连接，为节点的工作提供稳定的外部时钟；RF模块与MCU连接，在MCU的控制下实现无线信号的收发通信；电源模块为MCU、RF模块、精准时钟模块各部分提供稳定的电源，一般用电池来实现；传感器接口一端与MCU相连，另一端接各种传感器，用于完成各种参数测量；精准时钟模块是由带闹钟的精准时钟芯片及外围器件组成，与MCU相连，使节点能够进行较长时间休眠和定时唤醒工作模式转换，来实现整个网络的时间同步及完成同步数据采集功能。

无线传感器网络节点，由节点的精准时钟模块实现长时间休眠与定时唤醒工作模式转换。

在无线传感器网络节点工作前预先设定精准时钟模块中时钟芯片定时的时间数据，当定时时间到时，时钟芯片与MCU相连的中断引脚输出脉冲，脉冲的下降沿(或者上升沿)到来时唤醒MCU，MCU控制整个节点开始工作，等待响应上位机控制指令，进行参数采集、传输数据等工作，工作完成后，程序控制MCU再次转入长时间休眠，等待下一次唤醒。