具有片上处理能力的无线传感器网络节点

摘要

本发明涉及无线传感器技术领域，提供一种具有片上处理能力的无线传感器网络节点，包括传感与信号采集模块和FPGA系统，所述传感与信号采集模块获取传感信号，并转换为数字信号；FPGA系统，包括信号处理模块和数据解/压缩模块，对转换为数字信号的传感信号进行信号处理和压缩。本发明可解决现有无线传感器节点应用于机械振动监测领域的实时处理能力不足的问题，提高系统的实时性并且降低无线传输能耗。

主权项

具有片上处理能力的无线传感器网络节点，其特征在于：包括传感与信号采集模块，获取传感信号，并转换为数字信号；FPGA系统，包括信号处理模块和数据解/压缩模块，对转换为数字信号的传感信号进行信号处理和压缩；所述信号处理模块包括FIR数字滤波器和FFT模块，所述FIR数字滤波器对信号进行滤波，FFT模块对滤波后的信号进行快速傅里叶变换，所述数据解/压缩模块包括DPCM差值脉冲编码解/压缩模块和自适应哈夫曼编码解/压缩模块，所述FPGA系统只传输或存储FFT变换的峰值；所述传感与信号采集模块包括依次连接的传感器、程控放大器、抗混叠低通滤波器和A/D转换器；所述信号处理模块还包括A/D控制器，所述A/D控制器对传感与信号采集模块中的A/D转换器进行控制；所述无线传感器网络节点还包括SD存储器、ZigBee无线射频模块和供电模块，所述SD存储器与FPGA系统的数据端口电连接，用于储存FPGA系统压缩后的数据；所述ZigBee无线射频模块与FPGA系统的通讯接口电连接；所述供电模块的由ZigBee无线射频模块的主控芯片进行控制；所述无线传感器网络节点的工作流程如下：首先给系统供电，初始化ZigBee无线射频模块，初始化完成后等待准备开始采集命令，当获取准备开始采集指令后给FPGA系统上电，等待节点形成自组织和同步网络，准备开始采集；等待节点收到开始采集命令后，FPGA系统配置程控放大器和A/D转换器，然后开始采集和转换，此时从传感器输出的模拟信号经过程控放大和抗混叠低通滤波器后输入A/D转换器；从A/D转换器采集的原始数据，一路通过数据压缩输入FPGA系统片内的FIFO，然后送入SD存储器中存储；另一路数据经过片上信号处理，通过SPI接口或串口等方式发送给ZigBee无线射频模块，就可以通过无线的方式发送给基站或者上位机；如果上位机需要原始数据进行信号处理，可以给节点发送命令；节点通过软核处理器读取SD存储器中压缩的数据，将数据发送给ZigBee无线射频模块，最后再发送给上位机进行解压和数据处理；等待，一段时间内如果ZigBee无线射频模块没有收到任何采集命令，断开传感与信号采集模块的电源，让节点工作在低能耗状态。