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基于VTnet的低功耗无线传感器应用方案

基于VTnet的低功耗无线传感器应用方案
      无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)市场,自2007年开始正在逐步走进普通百姓的生活。作为智慧城市的基点设备,目前虽然还没有到完全普及的程度,但是无线传感器网络的市场仍在以几何速度增长。如今WSN新品层出不穷--主要是以模块方式封装,包括了增加的电路、网络堆栈层软件以及天线。可以说模块的设计制造商在这一阶段以及未来一段时间都是推动WSN普及的重要角色。
下面我们将要介绍的是基于VTnet的低功耗无线传感器网络架构

无线传感网络示意图


     如今虽然无线传感器网络的呼声越来越高,越来越迫切。但是由于历史原因,有线任然是人们更为常用的可接触到的重要通讯方式之一。随着无线技术的发展以及无线产品的优势越来越明显,现在很多新兴的家居产品以及建筑都采用无线方式来控制。
无线传感器网络有以下显著特点:

• 传感节点体积小,成本低,计算能力有限

  • • 传感节点数量大、易失效,具有自适应性。
  • • 通信半径小,带宽很低。
  • • 电源能量是网络寿命的关键
  • • 数据管理与处理是传感器网络的核心技术

   基于无线网络 传感器有以上特点,芯威科技专门研发设计了VTnet来解决目前有线和无线存在的一些问题,为无线传感器网络的推广画上了浓浓的一笔。
以VTnet作为无线传感器网络层的优点如下:
• 无需连线,降低安装维护成本
•  相互间没有直接的电气连接,电气相互干扰的问题就不存在了。
• 有些无法连线的条件,必须使用无线传感器
•  强大的计算功能,每个主机可带2000个以上传感器节点
•  增加中继功能,通信距离大大增加
•  采用树形自适应组网功能,更低功耗,更节省成本
•  采用andior系统处理管理数据,操作简单。

详细网络结构如下图:

无线传感网络系统框图 

      应用于无线传感器网络的VTnet结构框图

        系统拓扑图:

无线传感网络节点布局

 

系统的工作原理:
      Android上电与VTnet主节点连接后,组成一个自适应无线通信网络;次级主节点和传感器节点上电后,自动连接到指定的主节点上,构建无线通道。当主节点从Android收到读取命令后,通过无线方式传输到次级主节点,次级主节点收集节点簇中的数据,然后次级主节点打包将传感器数据通过无线方式,回传到主节点,主节点再上报给Android系统设备完成一次传感器读取过程。
或者也可以由传感器节点层定时上报数据系统,有次级主节点收集后打包上传给主节点,再上报Android系统设备。

无线传输原理:
• 主从传输:
     主模块从数据接口接收的数据帧必须包含从模块的源地址,然后通过无线发射出去;当收到无线数据后,取出地址域字节并与已配置的源地址比较,如果一致,则将数据从数据接口输出(输出的数据中包含从模块的地址),否则丢弃不处理。
从模块从数据接口收到数据后,自动加上已配置的目的地址,然后通过无线发射出去;当收到无线数据后,取出地址域字节并与已配置的源地址比较,如果一致,则将数据域从数据接口输出,否则丢弃不处理。
• 中继传输:
    中继传输存在于透明传输、寻址传输和主从传输中。当作为透明传输的中继时,当收到无线数据后,立即通过无线转发出去,并从数据接口输出。当作为寻址传输的中继时,当收到无线数据后,取出地址域字节并与已配置的源地址比较,如果一致,则将数据从数据接口输出,否则通过无线发射出去。当作为主从传输的中继时,与寻址传输方式一样。

 

主节点设备

主节点设备图

初级主节点设备

VT-DTMUA5-433
传感器节点模块 VT-DTMSA5-433

 

无线网络层的基本特点
• 基于GFSK的调制方式,抗突发干扰和随机干扰能力强
• 视距情况下,天线放置位置>1米,可靠传输距离达1200米
• 提供透明的数据传输,能适应任何标准的用户协议
• 自动过滤掉噪声产生的虚假数据
• 标准配置提供51个信道,满足用户多种通信组合方式
• 提供USB接口
• 接口波特率可配置,传输格式可配置
• 半双工通信,自动完成空中数据收/发,用户无需编写多余程序,只要从接口收/发数据即可
• 5V供电,直接从USB取电,接收电流<55mA,发射电流<250mA
• 采用Soc方案,单片集成RF和MCU,外围电路少,可靠性高
• 多种天线配置方案,满足不同结构要求

 

无线传感器VTnet层设备参数
测试条件:Ta=25°C,VCC=5.0V

技术指标

参数

备注

中心频率

433MHz

可设置

调制方式

GFSK

可订制ASK/FSK/OOK/MSK

发射功率

Max: 27dBm

可设置

接收灵敏度

-110dBm

1200bps

空中传输率

Max 500kbps

可设置

接口速率

Max 230.4kbps

可设置

校验方式

默认8N1

可设置

发射电流

<250mA

根据发射功率的变化而变化

接收电流

<55mA

 

通信距离

1200米

开阔视距,3dbi胶棒天线,最大功率,最低速率

工作湿度

10%~90%

无冷凝

工作温度

-40℃~85℃

 

电源

5VDC

±100mV 纹波

天线

50ohm

 

外形尺寸

12*10mm

尺寸可定制

 

本套无线传感器网络使用方法:
产品使用直流电源供电,电压5V,直接取自USB设备。
产品内安装有红、绿、蓝3个LED灯,分别指示:
•  红色LED:电源指示,上电后,LED长亮。
 蓝色LED:接收数据时, LED闪烁。
•  绿色LED:发送数据时, LED闪烁。

1.下载并安装Andriod系统或者windows系统下的上位机软件。
2.将主节点上电打开,在上位机软件中可找到该wifi设备,连接。
3.将其他次级主节点和传感器节点依次上电即可开始组网。

 

     可以看出本套系统的使用简单,基于andriod系统的上位机软件普及性高。又具有低功耗、自组网、终端节点数量大等优势。物联网传感器网络是我公司的VTnet无线集抄网络,能够利用网络协议的休眠机制,降低功耗,最大限度的提升网络节点的使用时间。物联网传感器网络组网过程自动化,无需人工干预;利用物联网传感器网络的组网优势,可以大大提升终端节点的数量,满足各种工况需求。使智慧城市成为可实现的工程。

 

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