無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的 設計與實現(xiàn) 答 辯 人： 指導教師： 20 年 6 月 17 日 1 課題研究背景與意義 2 總體 方案設計 3 硬件電路設計 4 系統(tǒng)軟件設計 5 試驗 與 結論 新開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng) （ 技術是一種能夠實現(xiàn)物與物之間廣泛和普遍互聯(lián)的新型網(wǎng)絡 ， 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 （ 是該技術的核心 ， 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)界乃至學術界相關人士的廣泛關注和重視 。 本次畢業(yè)設計是完成一個聲音無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的設計。節(jié)點的硬件設計最突出的特點是采用模塊分離思想，電源模塊負責整個節(jié)點的供電；數(shù)據(jù)采集模塊負責采集節(jié)點周圍環(huán)境中的聲音信號，并將其轉化為數(shù)字量；數(shù)據(jù)處理模塊負責節(jié)點內部的數(shù)據(jù)處理；無線收發(fā)模塊負責實現(xiàn)節(jié)點與外界的通信。 本次設計中學習了無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的基本體系及理論，并且在設計中查閱了大量相關的中外文獻，對無線傳感器網(wǎng)絡已經(jīng)有了一個較為明確的認識。學會使用時對相關元器件和聲音傳感器的選型與使用作了充分的研究。 本次設計簡介 總體方案設計 本次節(jié)點的硬件設計采用模塊化設計理念 ， 該節(jié)點由電源模塊 、 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計 恒流源電路設計 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重要特點： 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； 應用電路簡單 ， 不需要任何外圍器件 ,減小了節(jié)點體積 ,提高可靠性 ,降低能耗； 靈敏度較高：該傳聲器靈敏度為 =50a，滿足設計電路使用 。 _ 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)點設計中只采用一種微處理器 （ 單片機 、 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)點的性能 。 為了解決只采用一個微處理器作為數(shù)據(jù)處理模塊的弊端 ， 本設計中采用了 數(shù)據(jù)采集模塊將數(shù)據(jù)傳送到處理模塊時 ， 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 。 外圍電路設計 數(shù)據(jù)處理模塊的實現(xiàn)對各種外圍電路的依賴程度較高，主要包括電壓轉換電路（使用專用芯片 4片、 些外圍芯片的設計是為處理器的正常工作服務的，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，要實現(xiàn)具體的功能，還需要相關軟件的配合。 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特點： 工作在 00段 ， 采用頻移鍵控 （ 調制方式 ， 采用擴展頻譜調頻通信 。 其接收靈敏度在 9600波特下為 在 115200 波特下為 9 點對多點通信 ， 支持重發(fā)和應答 ， 擁有 10個調頻 。 該模塊采用 256高級加密標準 （ 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)軟件設計 本系統(tǒng)中的軟件設計主要體現(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 ， 本次設計中 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 、 控制單元時序模擬 、 維護傳感器節(jié)點的時鐘 、 串行通信控制和存儲器 。 主節(jié)點 從節(jié)點 狀態(tài)轉移圖 隨機的啟動兩個節(jié)點 （ 節(jié)點 ） 經(jīng)過一段時間后 ， 設置另一個節(jié)點 （ 節(jié)點 C） 每隔 4s（ 即同步周期 S =4s） 發(fā)送一個信標分組 ， 每次節(jié)點 收到信標分組后 ， 節(jié)點 然后將自己的時間戳信息發(fā)送給節(jié)點 B， 節(jié)點 這樣節(jié)點 和節(jié)點 然后節(jié)點 并將補償信息發(fā)送給 從而使自己和節(jié)點 實驗與結論 相對漂移變化情況 平均誤差 標準偏差 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 工作總結 了解無線傳感網(wǎng)絡的發(fā)展現(xiàn)狀 ， 學習和研究了目前國內及國際上典型節(jié)點的設計理念和方式； 學習大型的 選擇合適的節(jié)點設計芯片； 正確認識管腳分布圖 ， 了解管腳類型及功能； 調研聲音傳感器性能和價格； 電路板的焊接 ； 工作展望 節(jié)點功能的進一步開發(fā)； 節(jié)點低功耗的改進。 本次屬于初次接觸電子電路設計，需學習的知識較多