無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 答 辯 人： 指導(dǎo)教師： 20 年 6 月 17 日 1 課題研究背景與意義 2 總體 方案設(shè)計(jì) 3 硬件電路設(shè)計(jì) 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 5 試驗(yàn) 與 結(jié)論 新開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng) （ 技術(shù)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)物與物之間廣泛和普遍互聯(lián)的新型網(wǎng)絡(luò) ， 它將會給人類的生活方式帶來一次歷史性的革命 。 無線傳感網(wǎng)絡(luò) （ 是該技術(shù)的核心 ， 它集數(shù)據(jù)采集 、 處理和發(fā)送于一身 ， 目前正受到世界各國的軍事界 、 工業(yè)界乃至學(xué)術(shù)界相關(guān)人士的廣泛關(guān)注和重視 。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是完成一個(gè)聲音無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)最突出的特點(diǎn)是采用模塊分離思想，電源模塊負(fù)責(zé)整個(gè)節(jié)點(diǎn)的供電；數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)采集節(jié)點(diǎn)周圍環(huán)境中的聲音信號，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字量；數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理；無線收發(fā)模塊負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)與外界的通信。 本次設(shè)計(jì)中學(xué)習(xí)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的基本體系及理論，并且在設(shè)計(jì)中查閱了大量相關(guān)的中外文獻(xiàn)，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)有了一個(gè)較為明確的認(rèn)識。學(xué)會使用時(shí)對相關(guān)元器件和聲音傳感器的選型與使用作了充分的研究。 本次設(shè)計(jì)簡介 總體方案設(shè)計(jì) 本次節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)理念 ， 該節(jié)點(diǎn)由電源模塊 、 數(shù)據(jù)采集模塊 、 數(shù)據(jù)處理模塊 、 無線收發(fā)模塊組成 。 電源模塊方案總體設(shè)計(jì) 恒流源電路設(shè)計(jì) 34V+224 4148 圖 2 . 8 M P A 416傳聲器本系統(tǒng)中采用北京聲望公司生產(chǎn)的一款高精度駐極體型 該傳聲器有以下幾個(gè)重要特點(diǎn)： 體積小 ， 1直徑為 1/4 ； 自由場 ， 頻率范圍寬 （ 2020； 用中即插即用，操作方便； 應(yīng)用電路簡單 ， 不需要任何外圍器件 ,減小了節(jié)點(diǎn)體積 ,提高可靠性 ,降低能耗； 靈敏度較高：該傳聲器靈敏度為 =50a，滿足設(shè)計(jì)電路使用 。 _ H O 接00. 1u 020_ 10. 1u 3200A D S 83 65U 23C H 63C H 64C H 1C H 2C H 6C H 7C H 11C H 12C H C 0+16C H C 0 C 1 C 1+19F ou F D 14 D 29 D 360 D 414 D 521 D 115 D 25 D 310 D 125 D 232 D 349 D 13 D 28 D 313 D 459 D 522D 147D 345D 543D 741D 939D 38D 37D 36D 35D 34D 33 52R 58H O 57H O 56 D 124 D 250_ C 21_ 1C 9310 10 1 _D 4D G N 1_ O U 00. 1u 2_ O U 1 _D 11+C 10 2471 _D 51 _D 121 _D 131 _D 14 C 5V _A D C 5V _A D 1 _D 15D 3_ 38 01 _D 0: 15 1 _D 61 _D 0D G N 0 30. 1u 1 _D 71 _D 1_ H O 2 0_ N 1 _D 8_ F 80. 1u 820920 5_ O U 6_ O U 1 _D 21 _D 91 _D 3C 890. 1u 1 _D 10_ R 120520 N 50. 1u 74. 7_ C _ _ 0ou +3 3_ O U 9 20_ _ H O 4_ O U 20. 1u _ _ R 910 10 采用 統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中只采用一種微處理器 （ 單片機(jī) 、 作為數(shù)據(jù)處理模塊 ， 這使得微處理器的工作量十分龐大 ， 數(shù)據(jù)處理速度也大幅度降低 ， 從而影響了節(jié)點(diǎn)的性能 。 為了解決只采用一個(gè)微處理器作為數(shù)據(jù)處理模塊的弊端 ， 本設(shè)計(jì)中采用了 數(shù)據(jù)采集模塊將數(shù)據(jù)傳送到處理模塊時(shí) ， 首先經(jīng)過 使數(shù)據(jù)簡化 ， 再發(fā)送給 ， 這樣大幅減少了 提高了數(shù)據(jù)處理的效率 ， 而且 使得 對提高數(shù)據(jù)處理的效率起到了很大的作用 。 外圍電路設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)處理模塊的實(shí)現(xiàn)對各種外圍電路的依賴程度較高，主要包括電壓轉(zhuǎn)換電路（使用專用芯片 4片、 些外圍芯片的設(shè)計(jì)是為處理器的正常工作服務(wù)的，缺一不可。 外圍電路的硬件連接只能保證處理器能夠正常工作，要實(shí)現(xiàn)具體的功能，還需要相關(guān)軟件的配合。 無線收發(fā)模塊 該模塊采用 9 支持異步串行數(shù)據(jù)流 ， 最高可達(dá)到 在室外空曠地使用雙極性天線能夠傳輸 11 該芯片主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 工作在 00段 ， 采用頻移鍵控 （ 調(diào)制方式 ， 采用擴(kuò)展頻譜調(diào)頻通信 。 其接收靈敏度在 9600波特下為 在 115200 波特下為 9 點(diǎn)對多點(diǎn)通信 ， 支持重發(fā)和應(yīng)答 ， 擁有 10個(gè)調(diào)頻 。 該模塊采用 256高級加密標(biāo)準(zhǔn) （ 加密 ， 可以提供極高的安全性能 。 9電 ， 支持軟件編程引腳 、串行口和周期睡眠模式 ， 支持硬件休眠模式 ， 該模式的功耗僅為 5 微安 。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)中的軟件設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在對 程序編寫 。 專 用 的 數(shù) 字 信 號 處 理 器 ， 采用 C 語 言 對 目前已成為一種趨勢 ， 也較容易編寫和讀懂 ， 本次設(shè)計(jì)中 語言的 。 它的程序的編寫是基于硬件描述語言 開發(fā)平臺采用 據(jù)被測試系統(tǒng)的要求 , 系統(tǒng)控制邏輯與信號處理 、 控制單元時(shí)序模擬 、 維護(hù)傳感器節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘 、 串行通信控制和存儲器 。 主節(jié)點(diǎn) 從節(jié)點(diǎn) 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 隨機(jī)的啟動(dòng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn) （ 節(jié)點(diǎn) ） 經(jīng)過一段時(shí)間后 ， 設(shè)置另一個(gè)節(jié)點(diǎn) （ 節(jié)點(diǎn) C） 每隔 4s（ 即同步周期 S =4s） 發(fā)送一個(gè)信標(biāo)分組 ， 每次節(jié)點(diǎn) 收到信標(biāo)分組后 ， 節(jié)點(diǎn) 然后將自己的時(shí)間戳信息發(fā)送給節(jié)點(diǎn) B， 節(jié)點(diǎn) 這樣節(jié)點(diǎn) 和節(jié)點(diǎn) 然后節(jié)點(diǎn) 并將補(bǔ)償信息發(fā)送給 從而使自己和節(jié)點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)與結(jié)論 相對漂移變化情況 平均誤差 標(biāo)準(zhǔn)偏差 最好情況 最差情況 誤差小于等于 1s 的百分比 s 6s 同步誤差的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 工作總結(jié) 了解無線傳感網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀 ， 學(xué)習(xí)和研究了目前國內(nèi)及國際上典型節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)理念和方式； 學(xué)習(xí)大型的 選擇合適的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)芯片； 正確認(rèn)識管腳分布圖 ， 了解管腳類型及功能； 調(diào)研聲音傳感器性能和價(jià)格； 電路板的焊接 ； 工作展望 節(jié)點(diǎn)功能的進(jìn)一步開發(fā)； 節(jié)點(diǎn)低功耗的改進(jìn)。 本次屬于初次接觸電子電路設(shè)計(jì)，需學(xué)習(xí)的知識較多