聲傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引 言
隨著傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)以及微機(jī)電技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了一種新型的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠通過(guò)集成在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的各類微型傳感器協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，通過(guò)嵌入式系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行處理，并通過(guò)隨機(jī)自組織無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)以多跳中繼方式將信息傳送到終端用戶。本文主要介紹聲傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 聲傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
如圖1所示，聲傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常包括聲傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)和后臺(tái)監(jiān)控設(shè)備等。

聲傳感器節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的形成、數(shù)據(jù)的采集，并將數(shù)據(jù)通過(guò)多跳傳輸?shù)絽R聚節(jié)點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)起、拓?fù)涞男纬膳c維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的匯集與處理，以及與后臺(tái)監(jiān)控設(shè)備的通信與信息交互。后臺(tái)監(jiān)控設(shè)備負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞目刂?、網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)護(hù)。為了感知監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的聲音信息，可以通過(guò)人工布撒的方式把一定數(shù)量的聲傳感器節(jié)點(diǎn)部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)，聲傳感器節(jié)點(diǎn)之間或者聲傳感器節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)之間就能夠自動(dòng)形成一個(gè)自組織、多跳的網(wǎng)絡(luò)。聲傳感器節(jié)點(diǎn)周期性或者觸發(fā)式地采集聲音數(shù)據(jù)并與周圍的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，將數(shù)據(jù)及時(shí)地通過(guò)自適應(yīng)的路由，多跳中繼后傳輸給匯聚節(jié)點(diǎn)；匯聚節(jié)點(diǎn)將匯集的數(shù)據(jù)通過(guò)北斗通信模塊轉(zhuǎn)發(fā)給后臺(tái)監(jiān)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)聲音信息的上傳。

2 聲傳感器節(jié)點(diǎn)硬件系統(tǒng)
聲傳感器節(jié)點(diǎn)由主控芯片AT91SAM7S256單片機(jī)、射頻芯片CC1100、串口電壓轉(zhuǎn)換芯片MAX3232，以及電源、聲傳感器、GPS與北斗、各種控制器組成。其硬件系統(tǒng)框圖如圖2所示。系統(tǒng)以低功耗為設(shè)計(jì)目標(biāo)，所以硬件設(shè)計(jì)上均采用了同類產(chǎn)品中功耗最低或者較低的產(chǎn)品，以保證系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)工作。

聲傳感器節(jié)點(diǎn)硬件系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，下面介紹具體模塊。