具有自適應通信能力的無線傳感網(wǎng)節(jié)點設計

協(xié)議控制模塊為主運行模塊，根據(jù)約定的流程實現(xiàn)硬件電路的調(diào)用控制、參數(shù)更改及信息處理和通信處理軟件模塊的協(xié)調(diào)調(diào)用、參數(shù)更改，使軟硬件配合實現(xiàn)整個系統(tǒng)功能。
　　信息處理模塊和探測器、調(diào)理電路及值守單片機組成信息處理單元，完成傳感信息的探測、模式識別分析、融合處理及目標報警等功能。探測器將探測到的模擬信息通過調(diào)理電路的信號放大，模數(shù)轉(zhuǎn)換后送至單片機進行預處理；單片機進行初步的處理分析，發(fā)現(xiàn)信號后給DSP中斷；DSP收到中斷后啟動相應的處理程序進行進一步的信號處理分析，對目標的有無及目標種類進行確切分析。分析確認目標后給協(xié)議控制模塊中斷信號，以提示報警。
　　通信處理模塊和外圍的射頻電路及相應的輔佐器件組成通信單元，包括發(fā)射和接收兩大部分。系統(tǒng)采用零中頻方案，將頻率較高的處理放在模擬器件中完成，可以降低AD、DA采樣頻率，減少數(shù)字運算工作量，達到節(jié)省功耗的目的。在射頻模塊中采用一次上變頻和一次下變頻的處理，可以減少系統(tǒng)復雜度，節(jié)省硬件體積。在收發(fā)切換上采用電子開關進行時分雙工，收時不發(fā)，發(fā)時不收，可以有效減小系統(tǒng)體積，且和協(xié)議配合實現(xiàn)通信功能時可節(jié)省功耗。射頻的頻率合成器可對收發(fā)頻率進行設置，實現(xiàn)多個頻點的信息收發(fā)。需要注意的是，由于該系統(tǒng)前端濾波處理抑制度不夠，故可能存在較多的大信號干擾，這對AD器件的轉(zhuǎn)換精度提出了較高的要求，同時為達到較好的效果，需要在DSP內(nèi)進行數(shù)字濾波。DSP可對AGC和VCO進行控制，實現(xiàn)對信號幅度及本地載波頻率相位的調(diào)整。
　　系統(tǒng)將整個時間段劃分為目標探測時間段、發(fā)射時間段和接收時間段。各個節(jié)點處于發(fā)射和接收態(tài)的時間不同，具體時間根據(jù)協(xié)議約定結(jié)果進行設置。通常，處于信息中轉(zhuǎn)的節(jié)點在其他節(jié)點處于發(fā)射態(tài)時需處于接收態(tài)，且大多數(shù)時間處于接收態(tài)，同時可以根據(jù)系統(tǒng)布設的密度和需要進行接收及發(fā)射的時間設置。
　　各個節(jié)點收發(fā)時間的交錯可減少系統(tǒng)沖突的概率。設傳感網(wǎng)中8個節(jié)點均與Sink節(jié)點通信，則Sink節(jié)點和其他節(jié)點的狀態(tài)設置如圖2所示。

當Sink節(jié)點處于發(fā)射態(tài)時，所有節(jié)點均處于接收態(tài)；反之，當所有節(jié)點處于發(fā)射態(tài)時，Sink節(jié)點處于接收態(tài)。根據(jù)系統(tǒng)設定，將節(jié)點劃分為不同的簇，不同簇間節(jié)點的發(fā)射時間可以互相交錯，其提前或滯后時間為一個常見信息幀的發(fā)送時間。這樣在一簇節(jié)點僅有一個信息上傳時，基本可以實現(xiàn)時分，從而減少信息沖突。
　　系統(tǒng)工作狀態(tài)如圖3所示。

系統(tǒng)開機后，首先進入?yún)f(xié)議控制態(tài)，協(xié)議控制態(tài)根據(jù)約定流程進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，并將單片機探測目標中斷優(yōu)先級設置到最高，一旦該中斷觸發(fā)，即通過硬件DMA將數(shù)據(jù)信號送入RAM中存儲，等待處理。當發(fā)射時間片到時，協(xié)議控制模塊檢測是否有信號待發(fā)送。如無，則進入休眠態(tài)；如有，則進入發(fā)射狀態(tài)，發(fā)射完畢后返回協(xié)議控制態(tài)；如仍處于發(fā)射時間段，協(xié)議控制模塊控制轉(zhuǎn)入休眠態(tài)。當接收時間片到，系統(tǒng)進入接收態(tài)，隨時進行信號的接收，直至接收時間片結(jié)束為止。當進入目標探測時間片時，對存儲的數(shù)據(jù)進行處理，分析是否存在信號，并將分析結(jié)果上報給協(xié)議控制模塊。