具有自適應(yīng)通信能力的無(wú)線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

協(xié)議控制模塊為主運(yùn)行模塊，根據(jù)約定的流程實(shí)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(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)功能。
　　信息處理模塊和探測(cè)器、調(diào)理電路及值守單片機(jī)組成信息處理單元，完成傳感信息的探測(cè)、模式識(shí)別分析、融合處理及目標(biāo)報(bào)警等功能。探測(cè)器將探測(cè)到的模擬信息通過(guò)調(diào)理電路的信號(hào)放大，模數(shù)轉(zhuǎn)換后送至單片機(jī)進(jìn)行預(yù)處理；單片機(jī)進(jìn)行初步的處理分析，發(fā)現(xiàn)信號(hào)后給DSP中斷；DSP收到中斷后啟動(dòng)相應(yīng)的處理程序進(jìn)行進(jìn)一步的信號(hào)處理分析，對(duì)目標(biāo)的有無(wú)及目標(biāo)種類進(jìn)行確切分析。分析確認(rèn)目標(biāo)后給協(xié)議控制模塊中斷信號(hào)，以提示報(bào)警。
　　通信處理模塊和外圍的射頻電路及相應(yīng)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(yùn)算工作量，達(dá)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(fù)雜度，節(jié)省硬件體積。在收發(fā)切換上采用電子開(kāi)關(guān)進(jìn)行時(shí)分雙工，收時(shí)不發(fā)，發(fā)時(shí)不收，可以有效減小系統(tǒng)體積，且和協(xié)議配合實(shí)現(xiàn)通信功能時(shí)可節(jié)省功耗。射頻的頻率合成器可對(duì)收發(fā)頻率進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)多個(gè)頻點(diǎn)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(hào)干擾，這對(duì)AD器件的轉(zhuǎn)換精度提出了較高的要求，同時(shí)為達(dá)到較好的效果，需要在DSP內(nèi)進(jìn)行數(shù)字濾波。DSP可對(duì)AGC和VCO進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)幅度及本地載波頻率相位的調(diào)整。
　　系統(tǒng)將整個(gè)時(shí)間段劃分為目標(biāo)探測(cè)時(shí)間段、發(fā)射時(shí)間段和接收時(shí)間段。各個(gè)節(jié)點(diǎn)處于發(fā)射和接收態(tài)的時(shí)間不同，具體時(shí)間根據(jù)協(xié)議約定結(jié)果進(jìn)行設(shè)置。通常，處于信息中轉(zhuǎn)的節(jié)點(diǎn)在其他節(jié)點(diǎn)處于發(fā)射態(tài)時(shí)需處于接收態(tài)，且大多數(shù)時(shí)間處于接收態(tài)，同時(shí)可以根據(jù)系統(tǒng)布設(shè)的密度和需要進(jìn)行接收及發(fā)射的時(shí)間設(shè)置。
　　各個(gè)節(jié)點(diǎn)收發(fā)時(shí)間的交錯(cuò)可減少系統(tǒng)沖突的概率。設(shè)傳感網(wǎng)中8個(gè)節(jié)點(diǎn)均與Sink節(jié)點(diǎn)通信，則Sink節(jié)點(diǎn)和其他節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)設(shè)置如圖2所示。

當(dāng)Sink節(jié)點(diǎn)處于發(fā)射態(tài)時(shí)，所有節(jié)點(diǎn)均處于接收態(tài)；反之，當(dāng)所有節(jié)點(diǎn)處于發(fā)射態(tài)時(shí)，Sink節(jié)點(diǎn)處于接收態(tài)。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定，將節(jié)點(diǎn)劃分為不同的簇，不同簇間節(jié)點(diǎn)的發(fā)射時(shí)間可以互相交錯(cuò)，其提前或滯后時(shí)間為一個(gè)常見(jiàn)信息幀的發(fā)送時(shí)間。這樣在一簇節(jié)點(diǎn)僅有一個(gè)信息上傳時(shí)，基本可以實(shí)現(xiàn)時(shí)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(kāi)機(jī)后，首先進(jìn)入?yún)f(xié)議控制態(tài)，協(xié)議控制態(tài)根據(jù)約定流程進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，并將單片機(jī)探測(cè)目標(biāo)中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置到最高，一旦該中斷觸發(fā)，即通過(guò)硬件DMA將數(shù)據(jù)信號(hào)送入RAM中存儲(chǔ)，等待處理。當(dāng)發(fā)射時(shí)間片到時(shí)，協(xié)議控制模塊檢測(cè)是否有信號(hào)待發(fā)送。如無(wú)，則進(jìn)入休眠態(tài)；如有，則進(jìn)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(shí)間段，協(xié)議控制模塊控制轉(zhuǎn)入休眠態(tài)。當(dāng)接收時(shí)間片到，系統(tǒng)進(jìn)入接收態(tài)，隨時(shí)進(jìn)行信號(hào)的接收，直至接收時(shí)間片結(jié)束為止。當(dāng)進(jìn)入目標(biāo)探測(cè)時(shí)間片時(shí)，對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分析是否存在信號(hào)，并將分析結(jié)果上報(bào)給協(xié)議控制模塊。