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

     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：

      应用于无线传感器网络的VTnet结构框图

        系统拓扑图：

 

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
初级主节点设备
传感器节点模块

 

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。