专利名称：用于微型无线传感器节点的数据传输装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信领域，特别是涉及一种用于微型无线传感器节点的数据传输装置。
背景技术：
随着计算机技术和嵌入式技术的迅猛发展，人们更倾向于将嵌入式系统采集到的各种数据传输到运算速率快、资源丰富的计算机上进行实时地运算处理分析。从数据的传输方式来看，嵌入式系统与计算机的通信方式可分为有线和无线。有线方式可靠、稳定，但在一些地理条件复杂、线路架设难度大、成本高的场合，有线方式所需设备安装不易、使用不灵活等缺点显露无疑，无线方式就显出了优势。目前，在数据采集和计算机通信技术中，蓝牙(Bluetooth)是一种极其流行的近距离无线数据通讯技术标准，由于蓝牙采用无线接口来代替有线电缆连接，具有很强的移植性，并且适用于多种场合，加上该技术功耗低、对人体危害小，所以易于推广。虽然蓝牙技术是当下最流行的无线通讯技术之一，但是它的缺点也是显而易见的。目前用于姿态检测的微型无线传感器节点等嵌入式微控制器，本身都不支持蓝牙功能，一般都得通过基于串口的外置蓝牙模块才能与单片机进行数据传输。在一些数据采集的场合，外置蓝牙模块的加入涉及繁琐的蓝牙数据配置工作。另一方面，从通信距离来看，一般的蓝牙模块之间的传输距离都在IOcm 10m，要增加通信距离，只能增加发射端和接收端的功率，在一些应用场合，比如微型化无线节点传感器网络系统，对系统的体积和功耗都有严格的要求，蓝牙技术难以胜任。
发明内容
基于此，有必要提供一种使用方便且通信距离较长的用于微型无线传感器节点的数据传输装置。一种用于微型无线传感器节点的数据传输装置，包括主电路板，所述主电路板上设置有以射频通信方式传输数据的通信模块、串口转USB模块、与外部计算机实现数据交换的USB连接口以及控制所述通信模块和串口转USB模块工作的微控制器最小系统；所述USB连接口通过所述串口转USB模块连接于所述微控制器最小系统，所述通信模块连接于所述微控制器最小系统；所述微控制器最小系统控制所述串口转USB模块将外部计算机通过USB连接口传来的命令转化后传输至微控制器最小系统进行处理，处理后的命令由通信模块以射频通信方式传输给微型无线传感器节点；所述微控制器最小系统控制所述通信模块接收微型无线传感器节点传来的数据，通信模块接收到的数据经微控制器最小系统处理后由串口转USB模块进行转化以通过USB连接口传输至外部计算机。在其中一个实施例中，所述通信模块还包括射频模块、天线匹配电路以及棒状天线，所述天线匹配电路连接于所述射频模块和棒状天线之间，所述棒状天线与所述射频模块和天线匹配电路实现接收或发射无线信号。在其中一个实施例中，所述用于微型无线传感器节点的数据传输装置还包括稳压电路，所述稳压电路连接于所述USB连接口与微控制器最小系统之间，用于为所述微控制器最小系统提供稳定的电压。在其中一个实施例中，所述用于微型无线传感器节点的数据传输装置还包括信号传输指示灯，所述信号传输指示灯连接于所述微控制器最小系统，用于指示所述用于微型无线传感器节点的数据传输装置收发数据的状态。在其中一个实施例中，所述用于微型无线传感器节点的数据传输装置还包括JTAG下载接口，所述JTAG下载接口连接于所述微控制器最小系统，用于将所述微控制器最小系统连接到外部计算机更新程序。在其中一个实施例中，所述微控制器最小系统采用的芯片型号为MSP4302418。在其中一个实施例中，所述串口转USB模块采用的芯片型号为CP2101。在其中一个实施例中，所述射频模块采用的芯片型号为nRF905。上述用于微型无线传感器节点的数据传输装置的USB连接口与外部计算机连接之后，可以通过通信模块接收微型无线传感器节点发来的信息或者将外部计算机发送的指令以无线方式发送至微型无线传感器节点，亦即用于微型无线传感器节点的数据传输装置是微型无线传感器节点和外部计算机之间进行数据交换的桥梁，起到了数据中转的作用。上述用于微型无线传感器节点的数据传输装置通过USB连接口与外部计算机连接之后即可使用，无需外置蓝牙模块辅助数据传输，非常方便，同时以射频通信方式传输数据的通信模块实现了较强的接收和发送无线信号的能力，扩大了通信距离。
图1为一个实施例的用于微型无线传感器节点的数据传输装置的结构示意图；图2为图1所示用于微型无线传感器节点的数据传输装置的底部图；图3为一个实施例的用于微型无线传感器节点的数据传输装置的模块框图；图4为一个实施例的用于微型无线传感器节点的数据传输装置的工作流程图。
具体实施例方式为了解决目前应用蓝牙技术实现无线通信存在距离较短且使用不便的问题，本实施方式提供了一种用于微型无线传感器节点的数据传输装置。下面结合具体的实施例，对用于微型无线传感器节点的数据传输装置进行具体的描述。本实施方式提供的用于微型无线传感器节点的数据传输装置作为微型无线传感器节点和外部计算机之间进行数据交换的桥梁，起到数据中转的作用。请参考图1、图2以及图3，用于微型无线传感器节点的数据传输装置包括主电路板100、微控制器最小系统110、射频模块120、JTAG (Joint Test Action Group,联合测试行动小组)下载接口 130、信号传输指示灯140、天线匹配电路150、棒状天线160、稳压电路170、串口转USB模块180以及USB连接口 190。 主电路板100的尺寸为40mm*12mm，主电路板100主要用于放置用于微型无线传感器节点的数据传输装置的各个功能模块。
微控制器最小系统110是用于微型无线传感器节点的数据传输装置的核心，用于控制用于微型无线传感器节点的数据传输装置各个模块的工作，并且微控制器最小系统110与外部计算机可以通过USB连接口 190相连，微控制器最小系统110可以直接将数据传输至外部计算机。在本实施方式中，微控制器最小系统采用的芯片型号为MSP4302418。MSP4302418芯片因其具有超低功耗、高容量内存和强大的处理能力，非常适合做用于微型无线传感器节点的数据传输装置的微控制器最小系统。射频模块120、JTAG下载接口 130以及信号传输指示灯140分别与微控制器最小系统110相连。射频模块采用的芯片型号为nRF905，具有较强的抗干扰能力。JTAG下载接口 130用于将微控制器最小系统110连接到外部计算机更新程序。信号传输指示灯140为贴片式，当用于微型无线传感器节点的数据传输装置有数据接收或者发送的时候，信号传输指示灯140就变亮，否则一直灭。信号传输指示灯140的亮和灭以及闪烁的频率可以直观的反应出数据是正在发送或接收、数据传输速率如何、传输是否稳定可靠。棒状天线160通过天线匹配电路150连接于射频模块120。棒状天线160、天线匹配电路150和射频模块120组成通信模块，可以接收或发射无线电信号，用于实现用于微型无线传感器节点的数据传输装置与微型无线传感器节点之间的通信。棒状天线160的直径设计为7mm、长度为5.4mm，可以增强信号的接收和发送能力，保证了用于微型无线传感器节点的数据传输装置可以与微型无线传感器节点之间可以远距离通信。USB连接口 190通过串口转USB模块180连接于微控制器最小系统110。稳压电路170连接在USB连接口 190和微控制器最小系统110之间。微控制器最小系统110自带有标准的异步串行通信端口，而现在一般的计算机很少带有U型9针串口。为了使得系统的接口与目前的通用的计算机接口兼容，使用于微型无线传感器节点的数据传输装置的结构更紧凑和牢固，我们选择了一款型号为nRF905的串口转USB芯片进行数据的转换，然后通过USB连接口 190与计算机的USB接口相连进行数据的传输。而用于微型无线传感器节点的数据传输装置是与计算机相连才能正常工作的，因此由计算机的USB接口供电是比较合理的选择，因此用于微型无线传感器节点的数据传输装置通过USB连接口 190与计算机的USB接口相连在实现数据传输的同时也实现了供电。稳压电路170给微控制器最小系统110提供稳定的电压。用于微型无线传感器节点的数据传输装置的工作离不开嵌入到用于微型无线传感器节点的数据传输装置内部的程序。程序采用模块化、自顶而下的设计方法，结构清晰、易于调试。同时程序还兼顾功耗与运算速率，充分利用微控制器最小系统110的中断功能来确保基本数据和配置命令的实时传输，具有较快的执行速度，同时占用的存储空间较小。请参考图4，用于微型无线传感器节点的数据传输装置的内部工作流程如下:1、用于微型无线传感器节点的数据传输装置上电后，首先进行内部模块的初始化工作，包括MSP4302418的I/O 口功能、中断方式以及nRF905的配置，串口时钟、波特率的初始化配置。2、开启MSP4302418的总中断、将射频模块120的工作状态设为接收模式，然后MSP4302418进入低功耗模式(允许中断发生)或处理其他事务。3、如果未接收到微型无线传感器节点的数据包，那么MSP4302418将一直处于低功耗模式。
4、当接收到微型无线传感器节点的数据包时，MSP4302418退出低功耗模式，且外部中断触发，进入外部中断服务函数。5、在外部中断服务函数里面调用射频模块120的底层驱动函数一接收函数接收数据包。6、通过串口把数据包发送到外部计算机。7、清除外部中断标志，退出外部中断，MSP4302418重新进入低功耗模式。8、当外部计算机发送参数配置命令时，MSP4302418的串口中断触发。9、在串口中断服务函数里面调用射频模块120的底层驱动函数一发送函数将命令发送到微型无线传感器节点。10、射频模块120重新进入接收模式，MSP4302418退出串口中断，重新进入低功耗模式。在上述流程中，当用于微型无线传感器节点的数据传输装置接收到微型无线传感器节点的数据包时，即当射频模块120侦听到微型无线传感器节点的载波信号，并且检测到来自微型无线传感器节点的地址匹配，那么射频模块120控制MSP4302418模块的外部中断被触发，然后在外部中断服务函数里面通过串口总线读取射频模块120的接收寄存器的数据，读取完之后通过异步串行通信接口传输给串口转USB模块180，再由串口转USB模块180进行数据和电平的转换后通过USB连接口 190传输给外部计算机，外部计算机通过调用相关的串口通信函数就可以获取数据包并进行下一步的分析处理。而当外部计算机发送参数配置命令时，MSP4302418模块的串口中断也将被触发，然后在串口中断服务函数里面将配置命令通过串口总线写入射频模块120的发送寄存器，再将其以无线通讯的方式发送到微型无线传感器节点，从而达到对微型无线传感器节点进行相应设置的目的。上述用于微型无线传感器节点的数据传输装置的USB连接口 190与外部计算机连接之后，可以通过通信模块接收微型无线传感器节点发来的信息或者将外部计算机发送的指令以无线方式发送至微型无线传感器节点，亦即用于微型无线传感器节点的数据传输装置是微型无线传感器节点和外部计算机之间进行数据交换的桥梁，起到了数据中转的作用。上述用于微型无线传感器节点的数据传输装置通过USB连接口 190与外部计算机连接之后即可使用，无需外置蓝牙模块辅助数据传输，非常方便，同时通信模块内的棒状天线160可以增强射频模块120接收和发送无线信号的能力，扩大了通信距离。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种用于微型无线传感器节点的数据传输装置，包括主电路板，其特征在于，所述主电路板上设置有以射频通信方式传输数据的通信模块、串口转USB模块、与外部计算机实现数据交换的USB连接口以及控制所述通信模块和串口转USB模块工作的微控制器最小系统；所述USB连接口通过所述串口转USB模块连接于所述微控制器最小系统，所述通信模块连接于所述微控制器最小系统； 所述微控制器最小系统控制所述串口转USB模块将外部计算机通过USB连接口传来的命令转化后传输至微控制器最小系统进行处理，处理后的命令由通信模块以射频通信方式传输给微型无线传感器节点；所述微控制器最小系统控制所述通信模块接收微型无线传感器节点传来的数据，通信模块接收到的数据经微控制器最小系统处理后由串口转USB模块进行转化以通过USB连接口传输至外部计算机。
2.根据权利要求1所述的用于微型无线传感器节点的数据传输装置，其特征在于，所述通信模块还包括射频模块、天线匹配电路以及棒状天线，所述天线匹配电路连接于所述射频模块和棒状天线之间，所述棒状天线与所述射频模块和天线匹配电路实现接收或发射无线信号。
3.根据权利要求1所述的用于微型无线传感器节点的数据传输装置，其特征在于，所述用于微型无线传感器节点的数据传输装置还包括稳压电路，所述稳压电路连接于所述USB连接口与微控制器最小系统之间，用于为所述微控制器最小系统提供稳定的电压。
4.根据权利要求1所述的用于微型无线传感器节点的数据传输装置，其特征在于，所述用于微型无线传感器节点的数据传输装置还包括信号传输指示灯，所述信号传输指示灯连接于所述微控制器最小系统，用于指示所述用于微型无线传感器节点的数据传输装置收发数据的状态。
5.根据权利要求1所述的用于微型无线传感器节点的数据传输装置，其特征在于，所述用于微型无线传感器节点的数据传输装置还包括JTAG下载接口，所述JTAG下载接口连接于所述微控制器最小系统，用于将所述微控制器最小系统连接到外部计算机更新程序。
6.根据权利要求1 5中任一权利要求所述的用于微型无线传感器节点的数据传输装置，其特征在于，所述微控制器最小系统采用的芯片型号为MSP4302418。
7.根据权利要求1所述的用于微型无线传感器节点的数据传输装置，其特征在于，所述串口转USB模块采用的芯片型号为CP2101。
8.根据权利要求2所述的用于微型无线传感器节点的数据传输装置，其特征在于，所述射频模块采用的芯片型号为nRF905。
全文摘要
本发明涉及一种用于微型无线传感器节点的数据传输装置，包括主电路板，所述主电路板上设置有以射频通信方式传输数据的通信模块、串口转USB模块、与外部计算机实现数据交换的USB连接口以及控制所述通信模块和串口转USB模块工作的微控制器最小系统；所述USB连接口通过所述串口转USB模块连接于所述微控制器最小系统，所述通信模块连接于所述微控制器最小系统。上述用于微型无线传感器节点的数据传输装置通过USB连接口与外部计算机连接之后即可使用，无需外置蓝牙模块辅助数据传输，非常方便，同时以射频通信方式传输数据的通信模块实现了较强的接收和发送无线信号的能力，扩大了通信距离。
文档编号H04B1/38GK103209002SQ201310143428
公开日2013年7月17日 申请日期2013年4月23日 优先权日2013年4月23日
发明者赵国如, 宁运琨, 梁丁, 李慧奇, 张其 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院