《03第3章物联网感知与数据采集.ppt

物联网工程概论 第三讲内容安排 感知节点与传感芯片 几类典型感知节点 节点组织结构 网关节点 传感器与传感板 RFID读写系统 RFID标签 RFID读写器 节点定位 GPS与位置计算 基于距离的节点定位 距离无关的节点定位 数据采集与A/D转换 数据采集模块组成 A/D转换原理 第三讲内容安排 感知节点与传感芯片 几类典型感知节点 节点组织结构 网关节点 传感器与传感板 RFID读写系统 RFID标签 RFID读写器 节点定位 GPS与位置计算 基于距离的节点定位 距离无关的节点定位 数据采集与A/D转换 数据采集模块组成 A/D转换原理 几类典型感知节点 1. 特定传感器平台 特定传感器平台侧重于节点的超低功耗和体积微型化设计，但同时也决定了其处理能力和传输能力非常有限。UC Berkeley大学的Spec节点就是在2.5mm×2.5mm的硅片上集成了处理器、RAM、通信接口和传感器的一种节点，它依靠一个附带的微型电池供电可以连续工作几年。另外，由UC Berkeley研发的Smart Dust也是一种超微型的节点，其体积的设计目标是1mm3左右。 为了减少体积和功耗，Smart Dust 放弃了传统的射频通信方式，而是采用光通信作为它的通信方式，由于采用了光通信的主动和被动两种工作模式，其功耗可以进一步降低。 Smart Dust节点采用了微机电系统（Micro Electro Mechanical Systems，MEMS）技术。 例: 几类典型感知节点 2.通用传感器平台 UC Berkeley的Mica系列节点为典型代表，主要包括Rene、Mica、Mica2、Mica2dot和MicaZ等不同版本，还包括性能增强版本IRIS节点。另外，还包括SUN公司生产的SUN SPOT节点，我国中科院计算技术研究所宁波分部设计生产的GAINSJ 系列节点。 几类典型感知节点 MicaZ节点 MicaZ节点采用Atmel公司的ATMega128L微处理器，该处理器是8位的CPU内核，工作在7.37MHz，内部具有128KB的FLASH ROM，可用于存放程序代码和一些常数。具有4KB的SRAM，用于暂存一些程序变量和处理结果。在MicaZ节点上的射频通信模块采用CC2420芯片，支持IEEE 802.15.4标准，传输速率达到250 kbps，具有硬件加密（AES-128）功能。MicaZ节点能够通过标准51针扩展接口与多种传感器板和数据采集板连接，支持模拟输入、数字I/O、I2C、SPI和UART接口，使其易于与其它外设连接，比如，可扩展连接Crossbow公司的MTS400传感器板，可以采集光、温度、气压、加速度/振动、声音和磁场等信息。 几类典型感知节点 几类典型感知节点 2.通用传感器平台 GAINSJ节点 GAINSJ节点采用了Jennic公司的SoC芯片JN5139，此芯片集成了MCU和RF模块。GAINSJ节点由宁波中科设计、生产。节点板上具有温/湿度传感器，与PC机采用RS-232通信接口相连，而且提供了JN5139的I/O扩展端口，并将其引到节点的插排上，用户可以根据不同的应用需求进行设计开发。每个GAINSJ节点都拥有ZigBee License，用户可以无限制地使用而不必再为此支付任何费用。 几类典型感知节点 几类典型感知节点 3. 高性能传感器平台 Imote2是一款先进的无线传感器节点平台，集成了Intel公司低功耗的PXA271 XScale CPU和兼容IEEE 802.15.4的CC2420射频芯片。Intel PXA271处理器可工作于低电压（0.85V）、低频率（13MHz）的模式，可进行低功耗操作，该处理器支持几种不同的低功耗模式，如睡眠和深度睡眠模式。Imote2节点使用动态电压调节技术，频率范围可从13MHz达到416MHz。 Imote2的正反两面都设计有扩展接口等标准组件，正面提供标准I/O接口，用于扩展基本的芯片；反面附加高速接口，用于特殊I/O。正反两面都可以连接的电池板为系统提供电源。Imote2可用于数字图象处理、状态维修、工业监控和分析和地震及振动监控等领域。 几类典型感知节点 几类典型感知节点 4.网关节点平台 网关平台是无线传感器网络中不可缺少的部分，通常，它的处理能力和接口带宽比其他几类更高。它实现的是无线传感器网络与其他类型网络之间，或者是不同无线传感器网络之间的数据交换，由通用接口使用协议转换功能实现 。 节点组织结构 传感器节点一般由：微控制器模块、无线通信模块、传感器模块和电源管理模块四个部分组成。 节点组织结构 1.微控制器模块 目前，许多前端传感器节点（数据采集用）都使用