專利名稱：一種無線傳感網(wǎng)物理開發(fā)平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種無線傳感網(wǎng)物理開發(fā)平臺。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,簡稱“WSN”)是由具有無線通信,感知及計算能力的微型傳感器節(jié)點組成的“智能”網(wǎng)絡(luò)，它涉及多學(xué)科高度交叉、知識高度集成的前沿熱點研究領(lǐng)域，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于軍事、農(nóng)業(yè)、環(huán)境檢測、醫(yī)療衛(wèi)生、工業(yè)、智能交通等各種領(lǐng)域。傳感器網(wǎng)絡(luò)市場需求廣闊，應(yīng)用面和傳統(tǒng)通信行業(yè)相比更為豐富。傳感器產(chǎn)業(yè)化面臨的最大問題即是如何在應(yīng)用環(huán)境多樣性前提條件下，提取出相關(guān)共性要素，在設(shè)備層面實現(xiàn)共性化設(shè)計制造，為豐富的應(yīng)用場景提供快捷的設(shè)備級支持。傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，不同的應(yīng)用對設(shè)備提出了差異極大的要求，針對每種特定應(yīng)用開發(fā)各自適用的傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無疑將明顯增加傳感網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備開發(fā)周期、系統(tǒng)研發(fā)和部署成本，難以快速應(yīng)用最新的技術(shù)成果以提高系統(tǒng)性能。同時，由于傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)日新月異，為使平臺保持與當今先進技術(shù)同步、更新，必須采用標準化、模塊化的開放平臺設(shè)計思想進行設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種無線傳感網(wǎng)物理開發(fā)平臺，實現(xiàn)無線傳感網(wǎng)物理開發(fā)平臺的標準化和模塊化。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種無線傳感網(wǎng)物理開發(fā)平臺，包括母板，所述母板上設(shè)有總線接口 ；所述無線傳感網(wǎng)物理開發(fā)平臺還包括分別通過母板上總線接口安裝在母板上的主控及信息處理模塊、射頻模塊、感知信息獲取模塊和電源管理模塊；所述主控及信息處理模塊分別與射頻模塊、感知信息獲取模塊和電源管理模塊相連；所述主控及信息處理模塊用于控制母板上的各個模塊；所述感知信息獲取模塊用于通過各種傳感器獲取信息；所述射頻模塊用于完成感知信息直接的傳輸；所述電源管理模塊用于為母板上的各個模塊供電。無線傳感網(wǎng)物理開發(fā)平臺還包括通過母板上總線接口安裝在母板上的感知信息處理模塊；所述感知信息處理模塊還分別與主控及信息處理模塊和所述感知信息獲取模塊相連，用于對感知信息獲取模塊獲取的信息進行處理。無線傳感網(wǎng)物理開發(fā)平臺還包括通過母板上總線接口安裝在母板上的外設(shè)接口模塊；所述外設(shè)接口模塊還與所述主控及信息處理模塊相連。所述總線接口包括互連總線接口、全局總線接口和FPGA可重配置總線接口 ；所述互連總線接口用于實現(xiàn)各個模塊之間相連；所述全局總線接口包括全局并行總線接口、全局串行總線接口與全局GPIO總線接口，所述全局并行總線接口用于實現(xiàn)各個模塊之間的大數(shù)據(jù)量讀取，所述全局串行總線接口用于用于對各個模塊狀態(tài)進行配置；所述FPGA可重配置總線接口用于未定義功能與擴展功能。所述總線接口采用互連總線接口優(yōu)先原則和總線隔離原則結(jié)合的方式進行工作。所述母板與各個模塊之間采用接插件的方式相連。所述射頻模塊為射頻收發(fā)器組成的電路。所述射頻模塊包括基帶芯片和射頻前端；所述基帶芯片做為第一子板直接和主控模塊連接，射頻前端做為二子板直接扣在第一子板上。有益效果由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果本發(fā)明采取離散的模塊化設(shè)計思想，各部分功能模塊首先實現(xiàn)獨立調(diào)試定型，并初步完成系統(tǒng)集成，避免概念設(shè)計階段采取集成設(shè)計帶來的時間和成本風險，設(shè)計風險和開發(fā)周期均得到降低或縮短，同時滿足傳感器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)的需求多樣性特征和其對不同需求的快速反應(yīng)能力。本發(fā)明中各個功能模塊功能獨立，可進行單獨驗證，并且各個功能模塊之間通過三類不同層次的總線實現(xiàn)互連，完成各個功能部件之間的功能驗證與可重構(gòu)設(shè)計。這類共性設(shè)備和模塊通過與集成開發(fā)環(huán)境進行二次開發(fā)，通過簡單組裝，能夠為各種應(yīng)用設(shè)計針對性應(yīng)用產(chǎn)品。


圖I是本發(fā)明的物理平臺功能框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。本發(fā)明的實施方式涉及一種無線傳感網(wǎng)物理開發(fā)平臺，如圖I所示，物理開發(fā)平臺依據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)備硬件架構(gòu)實現(xiàn)模塊化的設(shè)計思想，將傳感器設(shè)備分為基于總線接口的母板，以及主控與信息處理、獲取接口、射頻、基帶、協(xié)議、數(shù)據(jù)存儲與外設(shè)接口、電源管理和時鐘管理等幾個子系統(tǒng)。其技術(shù)思路充分滿足了傳感器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)的需求多樣性特征和其對不同需求的快速反應(yīng)能力。模塊的部件集成度、專業(yè)化程度較高，通過簡單的可插拔器件即可實現(xiàn)與母板的對接。而感知信息接口與外設(shè)接口由于涉及傳感器、外設(shè)總類較多，母板上除盡可能提供常用的外設(shè)部件，大部分功能以擴展接口的形式體現(xiàn)。母板上實現(xiàn)模塊間互連包括三類總線，模塊間專用互連總線，全局總線，F(xiàn)PGA可重配置總線。模塊間專用互連總線僅僅實現(xiàn)兩類模塊之間的直接互連，例如主控及信息處理模塊與外設(shè)接口、感知信息處理模塊、感知信息獲取接口之間的專用互連接口，感知信息處理模塊與感知信息獲取模塊之間的專用互連接口，這類互連接口一般具有明確的信號功能定義。全局總線是指全局并行總線、串行總線與全局GPI0，并行總線用于實現(xiàn)多個模塊之間的大數(shù)據(jù)量讀取，串行總線用于對多個模塊狀態(tài)進行配置，一般不用于數(shù)據(jù)傳輸，這類互連接口一般具有明確的信號功能定義。FPGA可重配置總線主要用于未定義功能與擴展功能，主控及信息處理模塊通過FPGA總線功能進行擴展，全局總線通過連接FPGA實現(xiàn)相關(guān)總線功能擴展，主控及信息處理模塊通過FPGA專用接口實現(xiàn)部分未定義功能擴展。這類互連接口一般不具有明確的信號功能定義，可以根據(jù)實際情形可重構(gòu)設(shè)計。三類總線在物理開發(fā)平臺母板上的設(shè)計原則包括兩項原則。其一為專用互連總線優(yōu)先原則，即各個模塊在設(shè)計過程中，使用總線應(yīng)該以專用互連總線優(yōu)先為原則，其次為全局總線和FPGA可重配置總線，后兩者優(yōu)先級根據(jù)情況而定。其二為總線隔離原則，即為便于功耗測試和功能擴展，以上定義為模塊的部件和外設(shè)接口中的2G、3G、串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口，GPS， SD卡等模塊均可通過可插拔實現(xiàn)總線隔離，對于部分直接放置在母板上的部件，應(yīng)用過總線隔離器件(例如7416245芯片)實現(xiàn)隔離，F(xiàn)PGA互連設(shè)備不需要隔離。電源路徑在物理開發(fā)平臺上的設(shè)計原則包括兩項原則。其一為電源模塊到各個模塊的電源路徑在母板上能夠?qū)崿F(xiàn)獨立可測量。其二為母板上固定元器件以及外設(shè)接口器件電源從電源模塊專門提供一路進行設(shè)計，這一路電源不需要進行功耗測試。具體的，物理開發(fā)平臺包括下述模塊A、母板采用接插件的方式，完成各個功能模塊之間需要交互的信號的互聯(lián)互通。因為各模塊間需要交互的信號比較多，并且存在不確定性，所以母板上不僅要提供固定的硬連線， 還要提供隨時可以改變的“軟連線”?！败涍B線”經(jīng)由主板上一片大規(guī)模FPGA實現(xiàn)，F(xiàn)PGA程序通過設(shè)置在母板上的專用JTAG 口進行加載。為了調(diào)試的方便性，母板上設(shè)置了對應(yīng)于每個模塊的復(fù)位按鍵。母板上的FPGA還外接了一個小屏，用來顯示母板的一些配置結(jié)果，非常直觀。因為相同的外設(shè)要匹配不同的CPU，在母板上還設(shè)置了電壓可控的電平轉(zhuǎn)換接口， 該電壓通過電源子板的軟件可控電壓來實現(xiàn)。B、主控模塊主控及信息處理模塊是整個平臺的核心，因為采用了模塊化設(shè)計，外設(shè)和主控板分離，根據(jù)需要該主控板可以接入多種CPU主控板，如i. MX27主控板、AT9263主控板、ST107 主控板、MSP430主控板、以及PICl28主控板等，功能豐富，選擇多樣。該模塊根據(jù)需要完成對平臺上所有模塊的控制功能，同時提供絕大部分的對外接口。該模塊在絕大多數(shù)情況下是必須的。當感知信息不需要復(fù)雜處理時，采取如下路徑感知信號一 >模擬信號調(diào)理板一 >協(xié)處理板一 >主控板一 >無線設(shè)備，完成感知信息獲取和傳輸?shù)墓ぷ?。當感知信息需要?fù)雜處理時，采取如下路徑感知信號一>模擬信號調(diào)理板一 >主控板一 >無線設(shè)備，完成感知信息獲取和傳輸?shù)墓ぷ?。主控模塊的CPU根據(jù)應(yīng)用環(huán)境選擇相應(yīng)的處理器(低性能單片機MSP430系列， 中性能處理器CortexTM-M3，高性能處理器ARM926EJ-S 。)，通過串行接口(低功耗RF)或者并行接口(中高速RF)同射頻模塊連接，通過串行或者并行接口同感知信息獲取模塊連接(模擬信號調(diào)理板)，通過串行接口同電源板連接，通過串行或者并行接口同協(xié)處理模塊 DSP連接。該模塊自帶調(diào)試接口，同時經(jīng)由自身的總線擴展出各種接口，如串口、485 口、存儲卡插槽、網(wǎng)口、USB 口等。C、協(xié)處理模塊感知信息處理模塊也是該平臺的重要部分，采取模塊化設(shè)計，接入和處理各種感知信號，根據(jù)需要信息處理板有多種選擇，如DM365處理板、C6467處理板等。當感知信號需要做信息協(xié)同處理或者傳感量的計算量特別大需要協(xié)處理模塊 (DSP/RISC)進行處理時，則采用如下處理路徑感知信號一 >感知信號調(diào)理板一 >協(xié)處理板一 >主控板一 >無線設(shè)備。當感知信號的處理相對簡單時，也可采取如下路徑 感知信號一 >協(xié)處理板一 >主控板一 >無線設(shè)備。該模塊通過并行接口或串行接口和主控模塊連接，通過并行接口或串行接口同感知信息獲取模塊連接(信號調(diào)理板)。該模塊自帶調(diào)試口，當主控模塊不存在時，可以完成主控模塊的工作。D、射頻模塊右側(cè)無線設(shè)備區(qū)，整合中高速無線設(shè)備和各種低功耗無線設(shè)備，以及2G/3G無線設(shè)備，完成經(jīng)物理平臺處理后的各種感知信息的傳輸功能。該模塊根據(jù)應(yīng)用的不同，可以是射頻收發(fā)器組成的電路，也可以是射頻前端+基帶芯片。當該模塊是射頻收發(fā)器時，相對簡單，只需要根據(jù)射頻收發(fā)芯片的接口需求，直接和主控模塊連接即可。當該模塊包含基帶芯片+射頻前端時，基帶芯片及其周邊電路做成一個子板，直接和主控模塊連接，射頻前端也做成一個子板，直接扣在基帶板上。E、電源管理模塊電源管理模塊完成整板的供電功能，其采用簡單處理器(MSP430)，可以控制電源板的輸出電壓，以方便母板及各個模塊的使用。電源板還通過串口跟主控板相連，接受主控板的控制。F、感知信息獲取模塊該模塊通過各種傳感器獲取信息，獲取的模擬信號經(jīng)信號調(diào)理板進行某些必要的處理后，送往協(xié)處理模塊或主控模塊進行信息處理。 表I典型研制共性模塊說明表
權(quán)利要求
1.一種無線傳感網(wǎng)物理開發(fā)平臺，包括母板，其特征在于，所述母板上設(shè)有總線接口 ； 所述無線傳感網(wǎng)物理開發(fā)平臺還包括分別通過母板上總線接口安裝在母板上的主控及信息處理模塊、射頻模塊、感知信息獲取模塊和電源管理模塊；所述主控及信息處理模塊分別與射頻模塊、感知信息獲取模塊和電源管理模塊相連；所述主控及信息處理模塊用于控制母板上的各個模塊；所述感知信息獲取模塊用于通過各種傳感器獲取信息；所述射頻模塊用于完成感知信息直接的傳輸；所述電源管理模塊用于為母板上的各個模塊供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無線傳感網(wǎng)物理開發(fā)平臺，其特征在于，還包括通過母板上總線接口安裝在母板上的感知信息處理模塊；所述感知信息處理模塊還分別與主控及信息處理模塊和所述感知信息獲取模塊相連，用于對感知信息獲取模塊獲取的信息進行處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無線傳感網(wǎng)物理開發(fā)平臺，其特征在于，還包括通過母板上總線接口安裝在母板上的外設(shè)接口模塊；所述外設(shè)接口模塊還與所述主控及信息處理模塊相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的無線傳感網(wǎng)物理開發(fā)平臺，其特征在于， 所述總線接口包括互連總線接口、全局總線接口和FPGA可重配置總線接口 ；所述互連總線接口用于實現(xiàn)各個模塊之間相連；所述全局總線接口包括全局并行總線接口、全局串行總線接口與全局GPIO總線接口，所述全局并行總線接口用于實現(xiàn)各個模塊之間的大數(shù)據(jù)量讀取，所述全局串行總線接口用于用于對各個模塊狀態(tài)進行配置；所述FPGA可重配置總線接口用于未定義功能與擴展功能。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無線傳感網(wǎng)物理開發(fā)平臺，其特征在于，所述總線接口采用互連總線接口優(yōu)先原則和總線隔離原則結(jié)合的方式進行工作。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的無線傳感網(wǎng)物理開發(fā)平臺，其特征在于， 所述母板與各個模塊之間采用接插件的方式相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無線傳感網(wǎng)物理開發(fā)平臺，其特征在于，所述射頻模塊為射頻收發(fā)器組成的電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無線傳感網(wǎng)物理開發(fā)平臺，其特征在于，所述射頻模塊包括基帶芯片和射頻前端；所述基帶芯片做為第一子板直接和主控模塊連接，射頻前端做為二子板直接扣在第一子板上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無線傳感網(wǎng)物理開發(fā)平臺，包括母板，所述母板上設(shè)有總線接口；所述無線傳感網(wǎng)物理開發(fā)平臺還包括分別通過母板上總線接口安裝在母板上的主控及信息處理模塊、射頻模塊、感知信息獲取模塊和電源管理模塊；所述主控及信息處理模塊分別與射頻模塊、感知信息獲取模塊和電源管理模塊相連；所述主控及信息處理模塊用于控制母板上的各個模塊；所述感知信息獲取模塊用于通過各種傳感器獲取信息；所述射頻模塊用于完成感知信息直接的傳輸；所述電源管理模塊用于為母板上的各個模塊供電。本發(fā)明實現(xiàn)無線傳感網(wǎng)物理開發(fā)平臺的標準化和模塊化。
文檔編號H04W84/18GK102595655SQ201210019329
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月20日
發(fā)明者付耀先, 夏釗, 孫德云, 沈杰, 黃河清 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所, 中國科學(xué)院嘉興無線傳感網(wǎng)工程中心