声音传感器节点的设计
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节能设计的基本原则： 微处理器以最快的速度执 行任务， 一旦有可能就进入节能模式。在节能模式中， 通 过 电 源 管 理 电 路 ， 将 除 微 处 理 器 、无 线 射 频 模 块 和 硬件看门狗以外的器件的供电切断。这时只有硬件看 门狗、微处理器的串口中断逻辑和无线 射频模块消 耗 电能， 最大限度的节约电能。节点启动之后， 执行完必 须的任务， 就进入节能模式。在节能模式下， 如果监控 中心需要访问该节点， 通过无线射频模块唤醒该节点 的微处理器， 进入其他的工作模式。
２ 无线传感器网络节点的体系结构
传感器网络是由大量传感器节点所组成， 它们通 过随意抛撒或者其他方式被密集的放置在要测量的 区域环境中， 节点不用经过人工处理或预先定位。传 感器节点不仅具有传统的传感器所具有的数据采集 功能， 还必须具有计算能力和无线收发功能。节点上 都安装有微型处理器， 它并不是简单的把原始的数据 送给汇总节点， 而是把经过处理器处理计算的部分有 用数据传送给汇总节点。
成反比， 目的是为能量较高且在密集区的节点获得较 多的晋升机会。一旦定时时间到， 节点就升入高层， 将 有给自身发消息的节点视为潜在的子节点， 并广播自 己新的状态信息， 低层节点选择响应这些准聚头的广 播消息， 最终确定唯一的通信关系。选择了聚头的节 点 ， 自 己 的“晋 升 定 时 器 ”将 停 止 工 作 ， 放 弃 本 轮 的 竞 争。在每个工作周期结束后， 高层节点将视自己的状 态信息决定是否让出聚头的位置。
用和发展， 波士顿大学（Ｂｏｓｔｏｎ Ｕｎｖｅｒｓｉｔｙ）还创办了 传 感 器 网 络 协 会 （Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ）， 期 望 能 促进传感器联网Байду номын сангаас术开发。除了波士顿大学， 该协会 还包括 ＢＰ、霍尼韦尔 （Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ）、Ｉｎｅｔｃｏ Ｓｙｓｔｅｍｓ、Ｉｎ－ ｖｅｎｓｙｓ、Ｌ－ ３ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、Ｍｉｌｌｅｎｎｉａｌ Ｎｅｔ、Ｒａｄｉａｎｓｅ、
技
术
３．５ 基于框架的系统的实现
创
在 ｗｉｎｄｏｗｓ ２０００ 下利用 ＶＣ 开发了测试系统的框
架， 结合分组件测试系统的需求， 可以分析出， 分组件
新 测试系统软件的开发已经被框架自然分割为耦合很
低的几个模块。每个模块对应相应的测试项， 实现各
自的测试功能， 每个模块的功能实现就是对框架热点
的扩展。
（ 哈尔滨工业大学） 代庆瑜 季振洲
Ｄａｉ，Ｑｉｎｇｙｕ Ｊ ｉ，Ｚｈｅｎｚｈｏｕ
摘要：无 线 传 感 器 网 络 是 集 成 了 传 感 器 技 术 、计 算 机 技 术 和 无 线 通 信 技 术 的 一 种 新 型 的 网 络 。它 是 获 取 外 部 环 境 的 物 理 信 息
的 一 种 有 效 的 方 法 。可 以 工 作 在 恶 劣 的 环 境 下 ， 获 取 人 们 自 身 无 法 得 到 的 信 息 。本 文 主 要 介 绍 了 传 感 器 网 络 的 基 本 概 念 、特
点和应用。还有声音传感器节点的具体设计。
关键字： 无线传感器网络；声音传感器节点；体系结构
中图分类号： ＴＰ３９３
文献标识码： Ａ
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ：Ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｓ ａ ｎｅｗ－ ｓｔｙｌｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｈａｔ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｓ ｓｅｎｓｏｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ
术
创 １ 引言
随 着 网 络 技 术 、传 感 器 技 术 、微 机 电 系 统（ＭＥＭＳ）
新 和无线通信技术的不断发展， 出现了一种新型的网络
技术－ 无线传感器网络技术。众多具有通信、计算能力 的传感器通过无线方式连接； 相互协作， 与物理世界 进行交互， 共同完成特定的应用任务， 成为传感器网 络。与传统的传感器相比， 易于部署， 也就是说， 传感 器节点可以任意放置， 无需事先安排， 具有较高的灵 活性； 传感器节点由大量的廉价节点组成， 可以放置 在地理条件比较复杂， 人类无法到达的地区， 具有很 好的性价比； 传感器有大量的冗余节点， 即使有些节 点失效也不会影响整个传感器网络， 具有健壮性； 传 感器网络中的节点具有计算能力和无线通信能力， 能 够相互协作， 完成传统传感器不能完成的任务。无线 传感器网络是新一代的传感器网络， 具有非常广泛的 应用前景。其发展和应用， 将会给人类的生活和生产 的各个领域带来深远影响。发达国家如美国， 非常重 视无线传感器网络的发展， ＩＥＥＥ 正在努力推进无线传 感器网络的应
技 ｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ． Ｉｔ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ｓｏｍｅ ｄｅｔａｉｌｓ ｏｆ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｓｅｎｓｏｒ ｎｏｄｅ ｄｅｓｉｇｎ．
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ：Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒ ｋ；Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｏｄｅ；Ａｒ ｃｈｉｔｅｃｔｕｒ ｅ
传感器与仪器仪表 文章编号：１００８－ ０５７０（２００６）０５－ １－ ０１４６－ ０２
中 文 核 心 期 刊《 微 计 算 机 信 息 》（ 测 控 自 动 化 ）２００６ 年 第 ２２ 卷 第 ５－１ 期
声音传感器节点的设计
Ｔｈ ｅ Ｄｅ ｓ ｉｇ ｎ ｏ ｆ ｔｈ ｅ Ａｃｏ ｕ ｓ ｔｉｃ Ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ Ｎｏ ｄ ｅ
技 ＣＣ１０００ 采用锁相环技术， 发射频率是通过内部的
频 率 合 成 器 来 配 置 的 ， 可 配 置 的 范 围 为 ３００ ～
术 １０００ＭＨｚ， 适合应用跳频协议， 一般可配出 １０ 或 ２０ 个
频点， 该芯片 灵敏度为－ １０９ｄＢｍ， 并 可 自 动 校 准 ， 可 编
创 程 输 出 功 率 为 － ２０ｄＢｍ ～＋１０ｄＢｍ， 通 信 速 率 可 达
《 Ｐ ＬＣ 技术应用 ２００ 例》
邮局订阅号： ８２－９４６ ３６０ 元 ／ 年 － １４７ －
控制系统
中 文 核 心 期 刊《 微 计 算 机 信 息 》（ 测 控 自 动 化 ）２００６ 年 第 ２２ 卷 第 ５－１ 期
３．４ 框架的核心对象模型 把自动测试系统中的各个扩展点进行概念上的 抽象， 屏蔽各个实际系统在实现上的具体差异， 形成 扩展点的抽象类， 这些抽象类组成了框架的核心模 型， 框架在需要的时候动态创建出合适的对象， 然后 按照预先编制好的控制流程， 与对象的抽象基类进行 交互， 从而实现系统的扩展。框架的核心对象模型如 图 ４。
３ 性能评价
本设计中的声音传感器节点具有以下的特点和 性能：
（１）采用节能设计。在进行节点的设计时， 我 们充 分考虑了节能设计原则， 在四个模块的设计中， 每个 模块中我们都采用了低功耗的器件。声音传 感器、微 处理器、无线收发器都是低功耗的。在操 作系统设计 时， 也充分考虑了节能管理。（转 ３４ 页）
４ 结论与展望
文章针对自动测试系统的热点， 基于软件框架思 想， 进行测试系统的需求分析， 建立自动测试系统的 核心对象模型， 在 Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００ 下利用 ＶＣ 成功开发 出了控制分组件测试系统， 系统稳定可靠， 达到项目 的要求。如何让自动测试系统的框架更加完善， 更加 适用是笔者下一步的研究内容和方向。 参考文献： ［１］１．Ｍｏｈａｍｅｄ Ｅ．Ｅａｙａｄ，Ｒａｌｐｈ Ｅ．Ｊｏｈｎｓｏｎ 著，姜晓红，李岩，刘培 珺，赵爱东译． 特定领域应用框架：行业的框架体验． 电子工业 出版社，２００４．８ ［２］殷卫红，殷脂，曹渠江． 基于．ＮＥＴ 框架的 Ｗｅｂ 电子邮件跟踪技 术［Ｊ］微计算机信息 ２００５，１０：５３－ ５５ ［３］Ｄｅｍｅｙｅｒ，Ｓ．ｅｔ ａｌ．，＂Ｄｅｓｉｇｎ Ｇｕｉｄｌｅｌｉｎｅｓ ｆｏｒ ＇ Ｔａｉｌｏｒａｂｌｅ＇ Ｆｒａｍｅ－ ｗｏｒｋｓ＂． Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ＡＣＭ， Ｏｃｔ， １９９７， ４０（１０）： ６０－ ６５ ［４］Ｈａｎ Ａｌｂｒｅｃｈｔ Ｓｃｈｍｉｄ． Ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ Ｄｅｓｉｇｎ ｂｙ Ｇｅｎｅｒ－ ａｌｉｚａｔｉｏｎ． Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ＡＣＭ， Ｏｃｔ．１９９７，４０（１０）：４８－ ５１ 作者简介： 张曙 光（ １９７９－ ） ， 男， 汉， 湖南 邵阳人， 硕士 研究生， 研究方向： 计算机检测技术与自动化装置。Ｅ－ ｍａｉｌ： ｚｓｇｗ２２５＠１６３．ｃｏｍ； 刘亚斌（ １９６３－ ） ， 男 ，硕士研究 生导师， 教授， 博士， 研究方向： 检测技术与自动化装 置， 现代测控技术和工业现场总线研究。
代庆瑜： 硕士 基金项目： 国家自然基金资助项目（６０４７５０１２）
图 １ 传感器节点的体系结构 虽然无线传感器网络应用不尽相同， 但是基本上
都是由以下四个部分组成： 数据采集模块（传感器、Ａ／Ｄ
－ １４６ － ３６０元 ／ 年 邮局订阅号： ８２－９４６
《 现场总线技术应用 ２００ 例》
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新 ＣＣ１０００ 最主要的特点就是可编程的， 它的工作参
数可以通过串行接口编程设定， 具有一定的灵活性。 ２．４ 能源管理模块 传感器网络的核心技术之一就是节能问题。节点
一般都是由锂电池供电， 电池的能量有限， 在大部分 情况下， 都不可能更换电池， 一旦电池用尽， 节点就会 失效。所以在进行设计时， 节能问题是必须优先考虑 的问题。
图 ２ 声音放大电路 采集到的声音是模拟信号， 转化成电压信号之
后 ， 还 必 须 经 过 Ａ／Ｄ 转 换 成 数 字 信 号 ， 才 能 成 为 计 算 机所能处理的数据。
２．２ 数据处理和计算模块设计 数据处理模块是传感器节点的核心部分， 一般包 含有微处理器和内存， 还必须有嵌入式操作系统。微 处 理 器 采 用 三 星 Ｓ３Ｃ２４１０Ｘ ＲＩＳＣ， 它 采 用 ＡＲＭ９２０Ｔ 内核， ２０３ＭＨｚ 主频。并且内部带有全性能的 ＭＭＵ（内 存 处理单元）， 它 使用于移动 手持设备类 产 品 ， 具 有 高 性能， 低功耗， 接口丰富和体积小等优良特性。并可运 行多种操作系统。 由于复杂的任务调度和计算， 需要一个嵌入式的 操作系统， ＵＣ Ｂｅｒｋｅｌｅｙ 的 ＴｉｎｙＯＳ，ｕＣＯＳ－ ＩＩ 和 Ｌｉｎｕｘ 等 等， 本设计选择 Ｌｉｎｕｘ。在操作系统之上还必须有一些 软件来支持路由选择协议。 路由协议选择多层聚类算法， 多层聚类算法是一 种 新 的 为 传 感 器 网 络 设 计 的 聚 类 实 现 算 法 。传 感 器 网 络中的节点处于不同的层， 所处的层越高， 覆盖面积 就越大．开始时， 所有的节点都在最低层， 通过竞争获 取进入高层的机会。在一个工作周期开始时， 每个节 点 都 广 播 自 己 的 状 态 信 息 ， 包 括 储 蓄 的 能 量 、所 在 的 层次和 聚头的 ＩＤ（如果有）等， 然后进入 等待状态以 便 相互了解信息。在最低层的节点如果没有聚头， 等待 状态结束后， 启动一个＂晋升定时器＂， 定时时间与自身 能量以及接收到的同层的其他节点广播消息的数目
传感器与仪器仪表
转 换）、数 据 处 理 （计 算）模 块 、无 线 通 信 模 块 和 能 源 管 理 模块。四个模块之间的数据传送和协作关系如图 １。
２．１ 数据采集模块的设计 无线传感器网络的主要用途就是获取各种物理 环 境 数 据（ 例 如 ： 声 音 、图 像 、温 湿 度 、磁 、地 震 波 等 ） ， 而物理数据的获得主要是由数据采集模块进行的。此 模块设计依赖的主要是各种传感器技术。组成比较简 单， 是由各种传感器和 Ａ／Ｄ 转换器连接而成。在此我 们只讨论声音传感器的设计， 声音传感器由声音采集 器和声音放大电路组成。声音采集器实际上就是一个 麦克。考虑到传感器网络中节点的大小和节能， 我们 尽可能选取小型的低功耗的麦克， ＷＭ－ ６２Ａ 是一个不 错的选择。声音放大电路如图 ２ 所示，
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｉｔ ｉｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｗａｙ ｔｈａｔ ｏｂｔａｉｎｓ ｅｘｔｅｒｉｏｒ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ． Ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃａｎ ｆｉｘ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｎ ｔｈｅ ａｒｅａ ｗｈｅｒｅ ｐｅｏ－
ｐｌｅ ｃａｎ＇ ｔ ｒｅａｃｈ ａｎｄ ｏｂｔａｉｎ ｓｏｍｅ ｕｓｅｆｕｌ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｈａｔ ｐｅｏｐｌｅ ｃａｎ＇ ｔ ｇｅｔ． Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｃｒｉｂｅ ｂａｓｉｃ ｃｏｎｃｅｐｔ， ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ａｎｄ ａｐ－
２．３ 无线通信模块的设计 传感器网络中， 数据的获取不是靠单个节点来完 成的， 而是靠多个节点的相互协作来完成的， 节点之 间需要进行通信。无线通讯收发器的选择都是至关重 要的。 无线收发器选择 Ｃｈｉｐｃｏｎ 公司的 ＣＣ１０００， 它是单 片 可 编 程 ＲＦ 收 发 芯 片 ， 可 工 作 在 ＩＳＭ 频 段 （３００－ １０００ＭＨｚ）．ＣＣ１０００ 集成了射频发射。射频接收、ＰＬＬ 合 成、ＦＳＫ 调制解调、可编程控制等多种功能。
Ｓｅｎｓｉｃａｓｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ 及 Ｔｅｘｔｒｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ。美国的《技术 评 论 》杂 志 在 论 述 未 来 新 兴 十 大 技 术 时 ， 更 是 将 无 线 传 感 器 网 络 列 为 第 一 项 未 来 新 兴 技 术 ，《商 业 周 刊 》预 测 的未来四大新技术中， 无线传感器网络也列入其中。 可以预计， 无线传感器网络的广泛是一种必然趋势， 它的出现将会给人类社会带来极大的变革。
２ 无线传感器网络节点的体系结构
传感器网络是由大量传感器节点所组成， 它们通 过随意抛撒或者其他方式被密集的放置在要测量的 区域环境中， 节点不用经过人工处理或预先定位。传 感器节点不仅具有传统的传感器所具有的数据采集 功能， 还必须具有计算能力和无线收发功能。节点上 都安装有微型处理器， 它并不是简单的把原始的数据 送给汇总节点， 而是把经过处理器处理计算的部分有 用数据传送给汇总节点。
成反比， 目的是为能量较高且在密集区的节点获得较 多的晋升机会。一旦定时时间到， 节点就升入高层， 将 有给自身发消息的节点视为潜在的子节点， 并广播自 己新的状态信息， 低层节点选择响应这些准聚头的广 播消息， 最终确定唯一的通信关系。选择了聚头的节 点 ， 自 己 的“晋 升 定 时 器 ”将 停 止 工 作 ， 放 弃 本 轮 的 竞 争。在每个工作周期结束后， 高层节点将视自己的状 态信息决定是否让出聚头的位置。
用和发展， 波士顿大学（Ｂｏｓｔｏｎ Ｕｎｖｅｒｓｉｔｙ）还创办了 传 感 器 网 络 协 会 （Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ）， 期 望 能 促进传感器联网Байду номын сангаас术开发。除了波士顿大学， 该协会 还包括 ＢＰ、霍尼韦尔 （Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ）、Ｉｎｅｔｃｏ Ｓｙｓｔｅｍｓ、Ｉｎ－ ｖｅｎｓｙｓ、Ｌ－ ３ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、Ｍｉｌｌｅｎｎｉａｌ Ｎｅｔ、Ｒａｄｉａｎｓｅ、
技
术
３．５ 基于框架的系统的实现
创
在 ｗｉｎｄｏｗｓ ２０００ 下利用 ＶＣ 开发了测试系统的框
架， 结合分组件测试系统的需求， 可以分析出， 分组件
新 测试系统软件的开发已经被框架自然分割为耦合很
低的几个模块。每个模块对应相应的测试项， 实现各
自的测试功能， 每个模块的功能实现就是对框架热点
的扩展。
（ 哈尔滨工业大学） 代庆瑜 季振洲
Ｄａｉ，Ｑｉｎｇｙｕ Ｊ ｉ，Ｚｈｅｎｚｈｏｕ
摘要：无 线 传 感 器 网 络 是 集 成 了 传 感 器 技 术 、计 算 机 技 术 和 无 线 通 信 技 术 的 一 种 新 型 的 网 络 。它 是 获 取 外 部 环 境 的 物 理 信 息
的 一 种 有 效 的 方 法 。可 以 工 作 在 恶 劣 的 环 境 下 ， 获 取 人 们 自 身 无 法 得 到 的 信 息 。本 文 主 要 介 绍 了 传 感 器 网 络 的 基 本 概 念 、特
点和应用。还有声音传感器节点的具体设计。
关键字： 无线传感器网络；声音传感器节点；体系结构
中图分类号： ＴＰ３９３
文献标识码： Ａ
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ：Ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｓ ａ ｎｅｗ－ ｓｔｙｌｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｈａｔ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｓ ｓｅｎｓｏｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ
术
创 １ 引言
随 着 网 络 技 术 、传 感 器 技 术 、微 机 电 系 统（ＭＥＭＳ）
新 和无线通信技术的不断发展， 出现了一种新型的网络
技术－ 无线传感器网络技术。众多具有通信、计算能力 的传感器通过无线方式连接； 相互协作， 与物理世界 进行交互， 共同完成特定的应用任务， 成为传感器网 络。与传统的传感器相比， 易于部署， 也就是说， 传感 器节点可以任意放置， 无需事先安排， 具有较高的灵 活性； 传感器节点由大量的廉价节点组成， 可以放置 在地理条件比较复杂， 人类无法到达的地区， 具有很 好的性价比； 传感器有大量的冗余节点， 即使有些节 点失效也不会影响整个传感器网络， 具有健壮性； 传 感器网络中的节点具有计算能力和无线通信能力， 能 够相互协作， 完成传统传感器不能完成的任务。无线 传感器网络是新一代的传感器网络， 具有非常广泛的 应用前景。其发展和应用， 将会给人类的生活和生产 的各个领域带来深远影响。发达国家如美国， 非常重 视无线传感器网络的发展， ＩＥＥＥ 正在努力推进无线传 感器网络的应
技 ｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ． Ｉｔ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ｓｏｍｅ ｄｅｔａｉｌｓ ｏｆ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｓｅｎｓｏｒ ｎｏｄｅ ｄｅｓｉｇｎ．
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ：Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒ ｋ；Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｏｄｅ；Ａｒ ｃｈｉｔｅｃｔｕｒ ｅ
传感器与仪器仪表 文章编号：１００８－ ０５７０（２００６）０５－ １－ ０１４６－ ０２
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声音传感器节点的设计
Ｔｈ ｅ Ｄｅ ｓ ｉｇ ｎ ｏ ｆ ｔｈ ｅ Ａｃｏ ｕ ｓ ｔｉｃ Ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ Ｎｏ ｄ ｅ
技 ＣＣ１０００ 采用锁相环技术， 发射频率是通过内部的
频 率 合 成 器 来 配 置 的 ， 可 配 置 的 范 围 为 ３００ ～
术 １０００ＭＨｚ， 适合应用跳频协议， 一般可配出 １０ 或 ２０ 个
频点， 该芯片 灵敏度为－ １０９ｄＢｍ， 并 可 自 动 校 准 ， 可 编
创 程 输 出 功 率 为 － ２０ｄＢｍ ～＋１０ｄＢｍ， 通 信 速 率 可 达
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控制系统
中 文 核 心 期 刊《 微 计 算 机 信 息 》（ 测 控 自 动 化 ）２００６ 年 第 ２２ 卷 第 ５－１ 期
３．４ 框架的核心对象模型 把自动测试系统中的各个扩展点进行概念上的 抽象， 屏蔽各个实际系统在实现上的具体差异， 形成 扩展点的抽象类， 这些抽象类组成了框架的核心模 型， 框架在需要的时候动态创建出合适的对象， 然后 按照预先编制好的控制流程， 与对象的抽象基类进行 交互， 从而实现系统的扩展。框架的核心对象模型如 图 ４。
３ 性能评价
本设计中的声音传感器节点具有以下的特点和 性能：
（１）采用节能设计。在进行节点的设计时， 我 们充 分考虑了节能设计原则， 在四个模块的设计中， 每个 模块中我们都采用了低功耗的器件。声音传 感器、微 处理器、无线收发器都是低功耗的。在操 作系统设计 时， 也充分考虑了节能管理。（转 ３４ 页）
４ 结论与展望
文章针对自动测试系统的热点， 基于软件框架思 想， 进行测试系统的需求分析， 建立自动测试系统的 核心对象模型， 在 Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００ 下利用 ＶＣ 成功开发 出了控制分组件测试系统， 系统稳定可靠， 达到项目 的要求。如何让自动测试系统的框架更加完善， 更加 适用是笔者下一步的研究内容和方向。 参考文献： ［１］１．Ｍｏｈａｍｅｄ Ｅ．Ｅａｙａｄ，Ｒａｌｐｈ Ｅ．Ｊｏｈｎｓｏｎ 著，姜晓红，李岩，刘培 珺，赵爱东译． 特定领域应用框架：行业的框架体验． 电子工业 出版社，２００４．８ ［２］殷卫红，殷脂，曹渠江． 基于．ＮＥＴ 框架的 Ｗｅｂ 电子邮件跟踪技 术［Ｊ］微计算机信息 ２００５，１０：５３－ ５５ ［３］Ｄｅｍｅｙｅｒ，Ｓ．ｅｔ ａｌ．，＂Ｄｅｓｉｇｎ Ｇｕｉｄｌｅｌｉｎｅｓ ｆｏｒ ＇ Ｔａｉｌｏｒａｂｌｅ＇ Ｆｒａｍｅ－ ｗｏｒｋｓ＂． Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ＡＣＭ， Ｏｃｔ， １９９７， ４０（１０）： ６０－ ６５ ［４］Ｈａｎ Ａｌｂｒｅｃｈｔ Ｓｃｈｍｉｄ． Ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ Ｄｅｓｉｇｎ ｂｙ Ｇｅｎｅｒ－ ａｌｉｚａｔｉｏｎ． Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ＡＣＭ， Ｏｃｔ．１９９７，４０（１０）：４８－ ５１ 作者简介： 张曙 光（ １９７９－ ） ， 男， 汉， 湖南 邵阳人， 硕士 研究生， 研究方向： 计算机检测技术与自动化装置。Ｅ－ ｍａｉｌ： ｚｓｇｗ２２５＠１６３．ｃｏｍ； 刘亚斌（ １９６３－ ） ， 男 ，硕士研究 生导师， 教授， 博士， 研究方向： 检测技术与自动化装 置， 现代测控技术和工业现场总线研究。
代庆瑜： 硕士 基金项目： 国家自然基金资助项目（６０４７５０１２）
图 １ 传感器节点的体系结构 虽然无线传感器网络应用不尽相同， 但是基本上
都是由以下四个部分组成： 数据采集模块（传感器、Ａ／Ｄ
－ １４６ － ３６０元 ／ 年 邮局订阅号： ８２－９４６
《 现场总线技术应用 ２００ 例》
您的论文得到两院院士关注
７８．６Ｋｂｐｓ。
新 ＣＣ１０００ 最主要的特点就是可编程的， 它的工作参
数可以通过串行接口编程设定， 具有一定的灵活性。 ２．４ 能源管理模块 传感器网络的核心技术之一就是节能问题。节点
一般都是由锂电池供电， 电池的能量有限， 在大部分 情况下， 都不可能更换电池， 一旦电池用尽， 节点就会 失效。所以在进行设计时， 节能问题是必须优先考虑 的问题。
图 ２ 声音放大电路 采集到的声音是模拟信号， 转化成电压信号之
后 ， 还 必 须 经 过 Ａ／Ｄ 转 换 成 数 字 信 号 ， 才 能 成 为 计 算 机所能处理的数据。
２．２ 数据处理和计算模块设计 数据处理模块是传感器节点的核心部分， 一般包 含有微处理器和内存， 还必须有嵌入式操作系统。微 处 理 器 采 用 三 星 Ｓ３Ｃ２４１０Ｘ ＲＩＳＣ， 它 采 用 ＡＲＭ９２０Ｔ 内核， ２０３ＭＨｚ 主频。并且内部带有全性能的 ＭＭＵ（内 存 处理单元）， 它 使用于移动 手持设备类 产 品 ， 具 有 高 性能， 低功耗， 接口丰富和体积小等优良特性。并可运 行多种操作系统。 由于复杂的任务调度和计算， 需要一个嵌入式的 操作系统， ＵＣ Ｂｅｒｋｅｌｅｙ 的 ＴｉｎｙＯＳ，ｕＣＯＳ－ ＩＩ 和 Ｌｉｎｕｘ 等 等， 本设计选择 Ｌｉｎｕｘ。在操作系统之上还必须有一些 软件来支持路由选择协议。 路由协议选择多层聚类算法， 多层聚类算法是一 种 新 的 为 传 感 器 网 络 设 计 的 聚 类 实 现 算 法 。传 感 器 网 络中的节点处于不同的层， 所处的层越高， 覆盖面积 就越大．开始时， 所有的节点都在最低层， 通过竞争获 取进入高层的机会。在一个工作周期开始时， 每个节 点 都 广 播 自 己 的 状 态 信 息 ， 包 括 储 蓄 的 能 量 、所 在 的 层次和 聚头的 ＩＤ（如果有）等， 然后进入 等待状态以 便 相互了解信息。在最低层的节点如果没有聚头， 等待 状态结束后， 启动一个＂晋升定时器＂， 定时时间与自身 能量以及接收到的同层的其他节点广播消息的数目
传感器与仪器仪表
转 换）、数 据 处 理 （计 算）模 块 、无 线 通 信 模 块 和 能 源 管 理 模块。四个模块之间的数据传送和协作关系如图 １。
２．１ 数据采集模块的设计 无线传感器网络的主要用途就是获取各种物理 环 境 数 据（ 例 如 ： 声 音 、图 像 、温 湿 度 、磁 、地 震 波 等 ） ， 而物理数据的获得主要是由数据采集模块进行的。此 模块设计依赖的主要是各种传感器技术。组成比较简 单， 是由各种传感器和 Ａ／Ｄ 转换器连接而成。在此我 们只讨论声音传感器的设计， 声音传感器由声音采集 器和声音放大电路组成。声音采集器实际上就是一个 麦克。考虑到传感器网络中节点的大小和节能， 我们 尽可能选取小型的低功耗的麦克， ＷＭ－ ６２Ａ 是一个不 错的选择。声音放大电路如图 ２ 所示，
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｉｔ ｉｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｗａｙ ｔｈａｔ ｏｂｔａｉｎｓ ｅｘｔｅｒｉｏｒ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ． Ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃａｎ ｆｉｘ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｎ ｔｈｅ ａｒｅａ ｗｈｅｒｅ ｐｅｏ－
ｐｌｅ ｃａｎ＇ ｔ ｒｅａｃｈ ａｎｄ ｏｂｔａｉｎ ｓｏｍｅ ｕｓｅｆｕｌ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｈａｔ ｐｅｏｐｌｅ ｃａｎ＇ ｔ ｇｅｔ． Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｃｒｉｂｅ ｂａｓｉｃ ｃｏｎｃｅｐｔ， ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ａｎｄ ａｐ－
２．３ 无线通信模块的设计 传感器网络中， 数据的获取不是靠单个节点来完 成的， 而是靠多个节点的相互协作来完成的， 节点之 间需要进行通信。无线通讯收发器的选择都是至关重 要的。 无线收发器选择 Ｃｈｉｐｃｏｎ 公司的 ＣＣ１０００， 它是单 片 可 编 程 ＲＦ 收 发 芯 片 ， 可 工 作 在 ＩＳＭ 频 段 （３００－ １０００ＭＨｚ）．ＣＣ１０００ 集成了射频发射。射频接收、ＰＬＬ 合 成、ＦＳＫ 调制解调、可编程控制等多种功能。
Ｓｅｎｓｉｃａｓｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ 及 Ｔｅｘｔｒｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ。美国的《技术 评 论 》杂 志 在 论 述 未 来 新 兴 十 大 技 术 时 ， 更 是 将 无 线 传 感 器 网 络 列 为 第 一 项 未 来 新 兴 技 术 ，《商 业 周 刊 》预 测 的未来四大新技术中， 无线传感器网络也列入其中。 可以预计， 无线传感器网络的广泛是一种必然趋势， 它的出现将会给人类社会带来极大的变革。