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          具有自適應(yīng)通信能力的無線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

          作者: 時間:2009-03-26 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          協(xié)議控制模塊為主運(yùn)行模塊,根據(jù)約定的流程實(shí)現(xiàn)硬件電路的調(diào)用控制、參數(shù)更改及信息處理和處理軟件模塊的協(xié)調(diào)調(diào)用、參數(shù)更改,使軟硬件配合實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)功能。
            信息處理模塊和探測器、調(diào)理電路及值守單片機(jī)組成信息處理單元,完成信息的探測、模式識別分析、融合處理及目標(biāo)報警等功能。探測器將探測到的模擬信息通過調(diào)理電路的信號放大,模數(shù)轉(zhuǎn)換后送至單片機(jī)進(jìn)行預(yù)處理;單片機(jī)進(jìn)行初步的處理分析,發(fā)現(xiàn)信號后給中斷;收到中斷后啟動相應(yīng)的處理程序進(jìn)行進(jìn)一步的信號處理分析,對目標(biāo)的有無及目標(biāo)種類進(jìn)行確切分析。分析確認(rèn)目標(biāo)后給協(xié)議控制模塊中斷信號,以提示報警。
            處理模塊和外圍的射頻電路及相應(yīng)的輔佐器件組成單元,包括發(fā)射和接收兩大部分。系統(tǒng)采用零中頻方案,將頻率較高的處理放在模擬器件中完成,可以降低AD、DA采樣頻率,減少數(shù)字運(yùn)算工作量,達(dá)到節(jié)省功耗的目的。在射頻模塊中采用一次上變頻和一次下變頻的處理,可以減少系統(tǒng)復(fù)雜度,節(jié)省硬件體積。在收發(fā)切換上采用電子開關(guān)進(jìn)行時分雙工,收時不發(fā),發(fā)時不收,可以有效減小系統(tǒng)體積,且和協(xié)議配合實(shí)現(xiàn)通信功能時可節(jié)省功耗。射頻的頻率合成器可對收發(fā)頻率進(jìn)行設(shè)置,實(shí)現(xiàn)多個頻點(diǎn)的信息收發(fā)。需要注意的是,由于該系統(tǒng)前端濾波處理抑制度不夠,故可能存在較多的大信號干擾,這對AD器件的轉(zhuǎn)換精度提出了較高的要求,同時為達(dá)到較好的效果,需要在內(nèi)進(jìn)行數(shù)字濾波。DSP可對AGC和VCO進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)對信號幅度及本地載波頻率相位的調(diào)整。
            系統(tǒng)將整個時間段劃分為目標(biāo)探測時間段、發(fā)射時間段和接收時間段。各個處于發(fā)射和接收態(tài)的時間不同,具體時間根據(jù)協(xié)議約定結(jié)果進(jìn)行設(shè)置。通常,處于信息中轉(zhuǎn)的在其他處于發(fā)射態(tài)時需處于接收態(tài),且大多數(shù)時間處于接收態(tài),同時可以根據(jù)系統(tǒng)布設(shè)的密度和需要進(jìn)行接收及發(fā)射的時間設(shè)置。
            各個節(jié)點(diǎn)收發(fā)時間的交錯可減少系統(tǒng)沖突的概率。設(shè)網(wǎng)中8個節(jié)點(diǎn)均與Sink節(jié)點(diǎn)通信,則Sink節(jié)點(diǎn)和其他節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)設(shè)置如圖2所示。

          當(dāng)Sink節(jié)點(diǎn)處于發(fā)射態(tài)時,所有節(jié)點(diǎn)均處于接收態(tài);反之,當(dāng)所有節(jié)點(diǎn)處于發(fā)射態(tài)時,Sink節(jié)點(diǎn)處于接收態(tài)。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定,將節(jié)點(diǎn)劃分為不同的簇,不同簇間節(jié)點(diǎn)的發(fā)射時間可以互相交錯,其提前或滯后時間為一個常見信息幀的發(fā)送時間。這樣在一簇節(jié)點(diǎn)僅有一個信息上傳時,基本可以實(shí)現(xiàn)時分,從而減少信息沖突。
            系統(tǒng)工作狀態(tài)如圖3所示。

          系統(tǒng)開機(jī)后,首先進(jìn)入?yún)f(xié)議控制態(tài),協(xié)議控制態(tài)根據(jù)約定流程進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換,并將單片機(jī)探測目標(biāo)中斷優(yōu)先級設(shè)置到最高,一旦該中斷觸發(fā),即通過硬件DMA將數(shù)據(jù)信號送入RAM中存儲,等待處理。當(dāng)發(fā)射時間片到時,協(xié)議控制模塊檢測是否有信號待發(fā)送。如無,則進(jìn)入休眠態(tài);如有,則進(jìn)入發(fā)射狀態(tài),發(fā)射完畢后返回協(xié)議控制態(tài);如仍處于發(fā)射時間段,協(xié)議控制模塊控制轉(zhuǎn)入休眠態(tài)。當(dāng)接收時間片到,系統(tǒng)進(jìn)入接收態(tài),隨時進(jìn)行信號的接收,直至接收時間片結(jié)束為止。當(dāng)進(jìn)入目標(biāo)探測時間片時,對存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,分析是否存在信號,并將分析結(jié)果上報給協(xié)議控制模塊。



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