中北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計開題報告學(xué)生姓名：閆安斌學(xué)號：0905044229學(xué)院、系：信息與通信工程學(xué)院電氣工程系專業(yè)：電氣工程及其自動化論文題目：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)指導(dǎo)老師劉文怡2013年2月

畢業(yè)設(shè)計開題報告1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計狀況，依據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述：文獻(xiàn)綜述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WirelessSensorNetwork,WSN）是一種全新的信息獲得平臺，能夠?qū)崟r監(jiān)測和采集傳感器節(jié)點(diǎn)分布區(qū)域內(nèi)各個監(jiān)測對象的信息，并將這些信息發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)困難的指定范圍內(nèi)目標(biāo)監(jiān)測與跟蹤，具有快速綻開，抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn)，有著廣袤的應(yīng)用前景。它是一個由大量廉價的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的無線自組織網(wǎng)絡(luò)。其任務(wù)是利用傳感器節(jié)點(diǎn)來監(jiān)測節(jié)點(diǎn)四周的環(huán)境，收集相關(guān)數(shù)據(jù)，然后通過無線收發(fā)裝置采納多跳路由的方式將數(shù)據(jù)發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)，再通過匯聚節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)傳送到用戶端，從而達(dá)到目標(biāo)區(qū)域的監(jiān)測[1][10]。一無線聲音傳感器節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)呈現(xiàn)狀與趨勢無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的探討最初起源于美國軍方，其探討的項(xiàng)目包括CEO、REMBASS、TRSS、SensorIT、WINS、SmartDust、μAMPS、SeaWeb、NEST等。美國國防部遠(yuǎn)景安排探討局已投資幾千萬美元，幫助高校進(jìn)行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研發(fā)。美國國家自然基金委員會（NSF）也開設(shè)了大量與其相關(guān)的項(xiàng)目，NFS于2003年制定了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)探討安排，每年撥款3400萬美元支持相關(guān)技術(shù)探討項(xiàng)目，并在加州高校洛杉磯分校成立了傳感器網(wǎng)絡(luò)探討中心；2005年對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和系統(tǒng)的探討安排中，主要探討下一代高牢靠、平安的可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)、可編程的無線網(wǎng)絡(luò)及傳感器系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)特性，資助金額達(dá)4000萬美元。此外，美國交通部、能源部、美國國家航空航天局也相繼啟動了相關(guān)的探討項(xiàng)目。2003年，美國《技術(shù)評論》提出傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將是將來變更人們生活的十大技術(shù)之首[1]。加拿大、英國、德國、芬蘭、日本和意大利等國家的探討機(jī)構(gòu)都先后開展了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的探討。歐盟第6個框架安排將“信息社會技術(shù)”作為優(yōu)先發(fā)展的領(lǐng)域之一，其中多出涉及對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的探討。日本總務(wù)省在2004年3月成立了“泛在傳感器網(wǎng)絡(luò)”調(diào)查探討會。韓國信息通信部制定了信息技術(shù)839戰(zhàn)略，其中“3”是指IT產(chǎn)業(yè)的3大基礎(chǔ)設(shè)施，即寬帶融合網(wǎng)絡(luò)、泛在傳感器網(wǎng)絡(luò)、下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。企業(yè)界中歐盟的Philips、Siemens、Ericsson、ZMD、FranceTelecom、Chipcon等公司，日本的NEC、OKI、Skyleynetwork、世康、歐姆龍等公司都開展了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的探討[1]。我國對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的探討起步較晚，首次正式啟動出現(xiàn)于1999年中國科學(xué)院《學(xué)問創(chuàng)新工程點(diǎn)領(lǐng)域方向探討》的“信息與自動化領(lǐng)域探討報告”中，該領(lǐng)域的五大項(xiàng)目之一。2001年中國科學(xué)院依托上海微系統(tǒng)所成立微系統(tǒng)探討與發(fā)展中心，旨在引領(lǐng)中科院無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)工作。我國學(xué)者特別重視無線傳感器網(wǎng)絡(luò)方面的探討，南京郵電高校、北京郵電高校和哈爾濱工業(yè)高校等高?？蒲袡C(jī)構(gòu)均已起先了該領(lǐng)域的探究探討，其中南京郵電高校無線傳感器網(wǎng)絡(luò)探討中心在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域已經(jīng)有了肯定的科研成果[1]。在一份我國將來20年預(yù)見技術(shù)的調(diào)查報告中，信息領(lǐng)域157項(xiàng)技術(shù)課題中有7項(xiàng)與傳感器網(wǎng)絡(luò)干脆相關(guān)。2006年年初發(fā)布的《國家中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》為信息技術(shù)定義了3個前沿方向，其中2個與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的探討干脆相關(guān)。我國2010年遠(yuǎn)景規(guī)劃和“十五”安排中，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)之一[1]。二本次課題探討的意義無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展、目前傳感器家族的不斷壯大和健全、計算機(jī)技術(shù)的日益進(jìn)步和計算機(jī)的普及、微電子技術(shù)的突飛猛進(jìn)、網(wǎng)絡(luò)時代的到來以及目前國際上節(jié)能減排的號召，都推動了低功耗低成本的無線傳感器快速發(fā)展，也引發(fā)了國內(nèi)外各界的廣泛關(guān)注。這些無線傳感器具有信號采集和處理、無線通信的功能；無線傳感器節(jié)點(diǎn)成本較低，體積較小，可以被隨意地散布在監(jiān)測區(qū)域，便利快捷；用它們組成的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大，具有無線、自組織、多跳的功能，而且無需基礎(chǔ)設(shè)施的支持[2]。本次課程設(shè)計的主要任務(wù)是設(shè)計出一種無線聲音傳感器節(jié)點(diǎn)，當(dāng)被監(jiān)測的區(qū)域中有聲音信號時，無線聲音傳感器節(jié)點(diǎn)接收到該信號，經(jīng)過節(jié)點(diǎn)中的相關(guān)芯片及電路處理后，通過無線傳輸模塊將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送出去，接收節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)后依據(jù)預(yù)先設(shè)計的指令，執(zhí)行指令。此裝置可以用在一些公司或單位的門禁，普遍現(xiàn)在個單位及公司運(yùn)用的門禁是刷卡形式的，用戶在通過門禁時必需將車停下，刷卡之后門禁才會打開，致使很多用戶很不便利，運(yùn)用無線聲音傳感器，當(dāng)車輛行駛過來時，無線聲音傳感器對其進(jìn)行定位和追蹤，推斷是否為其開啟門禁，這樣當(dāng)車輛要通過門禁時，門禁會自動為車輛提前開啟，削減了車輛通過時間，同時也便利了用戶，這種裝置尤其適用于有緊急事務(wù)處理的部門（例如醫(yī)院，消防部門）[17]。此外，這種裝置也可安裝在高速馬路的收費(fèi)站，它可以使高速收費(fèi)站削減人員需求和工作量，車輛的高速費(fèi)可以通過電子刷卡形式收取。另外道路上的測速裝置上也可以安裝這種傳感器，當(dāng)車輛駛來時，無線聲音傳感器對其進(jìn)行定位和追蹤，推斷是否有違章，假如有違章，傳感器可以指示拍照系統(tǒng)在車輛駛到合適的位置對其拍照，這樣既可以削減檢測裝置對電能的損耗，也可以節(jié)約拍照資源[16]。除此之外在國防建設(shè)上，無線聲音傳感器也有重大的用途，很多軍用裝備在行進(jìn)中都會有巨大的噪聲產(chǎn)生，在必要的區(qū)域安放無線聲音傳感器，當(dāng)有敵方軍用裝備靠近時，無線聲音傳感器接收到信號，發(fā)送數(shù)據(jù)給接收節(jié)點(diǎn)，指揮中心依據(jù)收到的數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的推斷[6][7][8][11][14]。無線傳感器體積小，成本低，它無需基礎(chǔ)設(shè)施的支持等特點(diǎn)，在目前的市場上受到了很多用戶的喜愛，尤其聲音節(jié)點(diǎn)的無線傳感器更是因?yàn)槠湫畔碓刺貏e簡潔和一般，它有著特別廣泛的應(yīng)用前景，信任，隨著科研技術(shù)的不斷發(fā)展，無線聲音傳感器的不斷改進(jìn)，以及功能的不斷完善，它將會滿意更多用戶的需求，受到更多用戶的青睞！我們可以大膽的預(yù)見，將來無線聲音傳感器網(wǎng)絡(luò)將無處不在，將完全融入我們的生活。比如微型聲音傳感器網(wǎng)最終可能將家用電器、個人電腦和其它日常用品同互聯(lián)網(wǎng)相連，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離跟蹤，家庭采納無線傳感器網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)平安調(diào)控、節(jié)電等。無線聲音傳感器網(wǎng)絡(luò)將是將來的一個無空不入的特別浩大的網(wǎng)絡(luò)，其應(yīng)用可以涉及人類日常生活和社會生產(chǎn)生活的全部領(lǐng)域。參考文獻(xiàn)：[1]王汝傳，孫力娟等．無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其應(yīng)用[M]．北京：人民郵電出版社，2011，04．[2]戴日輝，韓光照．ZigBee協(xié)議的探討及無線傳感器的節(jié)點(diǎn)設(shè)計[A]．科學(xué)論壇，1009-914X．[3]曹廣華,趙子濱,張曉川,劉雅姑．功能模塊分別的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計[A]．信息與電子工程，2012，08．[4]徐興,王衛(wèi)星,岳學(xué)軍．基于FPGA的可重構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計[A]．科學(xué)技術(shù)與工程，2010，06．[5]佟吉鋼，張振新，陳增加等．基于FPGA的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計[A]．傳感技術(shù)學(xué)報,2009，03．[6]潘峰，秦麗，孟令軍．具有聲定位功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計[A]．計算機(jī)工程，2008，12．[7]孟令軍，夏善紅．具有自定位功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[A]．儀表技術(shù)與傳感器，2007,06．[8]周應(yīng)學(xué)．聲目標(biāo)探測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計及網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)融合探討．碩士學(xué)位論文．中北高校．2007,1[9]孫力娟，劉林峰，杜曉玉，肖甫．水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎拗萍夹g(shù)綜述[A]．南京郵電高校學(xué)報(自然科學(xué)版)，2012,10．[10]李可非．水聲無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計與開發(fā)．碩士學(xué)位論文．中國海洋高校．2009,06．[11]潘峰．具有聲定位功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的技術(shù)探討．碩士學(xué)位論文．中北高校．2008,05．[12]趙洋,馮仁劍,萬江文．一種高性能無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[A]．電測與儀表，2007，10．[13]高英明，金仁成，王立鼎等．嵌入式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計與通信探討[A]．大連理工高校學(xué)報，2008,09．[14]薛秀銀，李德毅，林岳松等．被動聲傳感器網(wǎng)絡(luò)模擬器的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[A]．火力與指揮限制，2009,07．[15]陸忠實(shí)，沈軍，羅護(hù)，胡博．聲傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件系統(tǒng)設(shè)計[A]．技術(shù)縱橫，2009，08．[16]袁弟．聲傳感器在室內(nèi)設(shè)計中的應(yīng)用[A]．科技資訊，2006,11．[17]侯志國，何強(qiáng)，羅曉松．聲探測多傳感器多目標(biāo)定位與跟蹤方法[A]．電聲基礎(chǔ)，2010,09．[18]趙海，趙杰，劉錚等．一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[A]．東北高校學(xué)報(自然科學(xué)版)，2009，06．

畢業(yè)設(shè)計開題報告２．本課題要探討或解決的問題和擬采納的探討手段（途徑）：一本課題要探討或解決的問題（1）了解并熟識無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的基本體系及理論。（2）嫻熟駕馭電路圖繪制軟件和FPGA開發(fā)軟件。（3）完成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)原理圖設(shè)計（4）利用軟件繪制PCB板圖。（5）完成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)調(diào)試。（6）最終撰寫畢業(yè)論文說明書。二本課題擬采納的探討手段（途徑）圖1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件節(jié)點(diǎn)的基本構(gòu)架首先通過查閱資料，學(xué)習(xí)和駕馭無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本學(xué)問，了解目前國際及國內(nèi)的發(fā)呈現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，重點(diǎn)學(xué)習(xí)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)計，了解一個完整的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的基本架構(gòu)。面對應(yīng)用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件節(jié)點(diǎn)的基本構(gòu)架遵循了一般嵌入式產(chǎn)品的基本模式，同時，基于實(shí)際應(yīng)用須要，在各個層面上都有所擴(kuò)展。其基本構(gòu)架如右圖所示。功能部件層是整個節(jié)點(diǎn)的硬件基礎(chǔ)；設(shè)備驅(qū)動層為底層物理部件供應(yīng)設(shè)備驅(qū)動功能與策略；嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核層在設(shè)備與應(yīng)用之間建立連接，供應(yīng)軟硬件系統(tǒng)調(diào)用的方式，同時為上層應(yīng)用供應(yīng)功能服務(wù)；應(yīng)用系統(tǒng)層為終端用戶供應(yīng)了面對應(yīng)用的系統(tǒng)限制方式與工作方法[1][3]。無線傳感器硬件節(jié)點(diǎn)內(nèi)部各個模塊之間并非獨(dú)立的關(guān)系，而是相互聯(lián)系、共同協(xié)作完成整個數(shù)據(jù)采集存儲與轉(zhuǎn)發(fā)的過程。本次課程設(shè)計擬采納的方案如下圖所示。圖中1~6表示有6個聲音傳感器，在運(yùn)用無線聲音傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)時，6個聲音傳感器擺放在6個不同的位置，接收被監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的聲音信號。對應(yīng)于調(diào)理板也有6個，也稱作傳聲器接口，它的主要作用是將傳感器傳送來的模擬信號進(jìn)行濾波、放大作用，便于接下來的A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，而且濾波效果使得A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換肯定頻率范圍的信號，減小A/D轉(zhuǎn)換模塊的工作量。圖2本次課程設(shè)計擬用方案接下來介紹A/D轉(zhuǎn)換模塊，此次設(shè)計選用的芯片應(yīng)當(dāng)與調(diào)理電路相結(jié)合，所以應(yīng)當(dāng)選用具有6個獨(dú)立的A/D轉(zhuǎn)換接口，而且該A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)采樣速率應(yīng)當(dāng)滿意傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理要求，從設(shè)計理念來講，轉(zhuǎn)換速率越快越好，能夠讓聲音傳感器傳送來的信息在最短的時間內(nèi)處理完畢，系統(tǒng)的延遲越短越優(yōu)。但本次設(shè)計的產(chǎn)品是應(yīng)用于實(shí)際的，所以，在考慮A/D轉(zhuǎn)換器性能時，也應(yīng)當(dāng)綜合其經(jīng)濟(jì)性，選用一種既經(jīng)濟(jì)又好用的A/D轉(zhuǎn)換器。數(shù)據(jù)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后,傳送給FPGA,設(shè)計者將編寫好的為FPGA服務(wù)的程序下載到其內(nèi)部的存儲單元中，F(xiàn)PGA在運(yùn)行中，從存儲單元內(nèi)讀取程序，使其具有特定的功能，數(shù)據(jù)經(jīng)過該FPGA之后，傳送到DSP中。本次設(shè)計，應(yīng)采納內(nèi)部資源比較豐富的FPGA，使其可以滿意該節(jié)點(diǎn)中全部須要FPGA實(shí)現(xiàn)的功能，同樣也應(yīng)當(dāng)將經(jīng)濟(jì)適用性考慮在內(nèi)。DSP是數(shù)字信號處理的簡稱，它是一種獨(dú)特的用于數(shù)字信號處理的可編程微處理器，擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理實(shí)力和較高的運(yùn)行速度。它通過運(yùn)用數(shù)學(xué)技巧執(zhí)行轉(zhuǎn)換或提取信息，來處理現(xiàn)實(shí)信號的方法，這些信號由數(shù)字序列表示。它不僅具有可編程性，而且其實(shí)時運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條困難指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。本次設(shè)計在選用DSP時，應(yīng)當(dāng)綜合考慮節(jié)點(diǎn)處數(shù)據(jù)處理的負(fù)荷和經(jīng)濟(jì)性選用最優(yōu)的DSP滿意好用性要求。SDRAM是同步動態(tài)隨機(jī)存儲器，它用作DSP的緩存，滿意DSP對數(shù)據(jù)隨機(jī)存儲的要求。FLASH是DSP的外部程序存儲器。DSP旁的USB接口是用于數(shù)據(jù)的存取。FPGA旁的GPS是用于節(jié)點(diǎn)自身的定位。無線是節(jié)點(diǎn)的無線收發(fā)裝置，它應(yīng)當(dāng)滿意低功耗、射頻范圍設(shè)計需求的基本特點(diǎn)。FIFO是先入先出隊(duì)列，用于FPGA的數(shù)據(jù)緩存[4][5][12][13]。

畢業(yè)設(shè)計開題報告指導(dǎo)老師看法：閆安斌同學(xué)經(jīng)過近兩個月的時間，完成了“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)”的畢業(yè)設(shè)計選題工作。開題報告中涉及的選題范圍較合適，難度適中，在該同學(xué)的實(shí)力范圍之內(nèi)。在完成開題報告前，該同學(xué)參閱了肯定數(shù)量的中英文資料，對本次畢業(yè)論文的設(shè)計題目和內(nèi)涵有了肯定的相識，設(shè)計理念特別清楚，內(nèi)容特別豐富。學(xué)習(xí)中看法特別端正，預(yù)期能在規(guī)定的時間內(nèi)完成畢業(yè)論文內(nèi)容，具有完成選題的基本實(shí)力和條件，能順當(dāng)完成畢業(yè)設(shè)計工作。綜