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设计开发

TinyWSN的操作原语定义

tinywsn是低功耗无线传感器网络, 它是一个同步网络,有效降低功耗,避免了无线冲突,
各个节点以微安级功耗有序地工作,其中,路由节点构成网络基础结构,提供接入和路由
服务,终端节点可以随机接入,类似IP网络结构,可以方便组成星型,树型和链型网络。

  1. 节点接入鉴权和加密
  2. 无线信道和时隙管理
  3. 自动组网和消息路由
  4. 功率控制和无线唤醒
  5. 节点和网关还支持二次开发

可以通过配置软件Tinycfg,完成下列基本功能配置就可以工作了。

  1. 节点角色,
    终端节点或路由节点, 并且确定以及他们在网络中层次,节点
    根据配置,自动组网,
  2. 工作模式
    终端节点可以工作在同步模式下,按分配的带宽进行收发,也
    可以工作在异步模式下,它处于睡眠状态,当受到外部触发转
    为同步模式,触发可以是数据输入,或者无线唤醒。
  3. 无线参数
    给定一组信道资源,节点会动态扫描信道,选择质量好的信道。

对于应用层则提供的类似IP的抽象网络模型,只需使用地址进行寻址,
通过以下四个操作原语,就可以有效进行数据发送和网络管理。

  1. ping
    测试节点是否在线,返回内容包含网络拓扑信息
  2. send
    发送数据
  3. recv
    收到的数据,通过异步消息方式传递给应用层
  4. wkup
    唤醒睡眠节点,进入在线模式
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设计开发

测量SMA+天线的驻波比

在网关和节点开发板加了一段SMA转接头,包括一小段射频线和IPEX接头,为了评估对射频性能的影响,可以使用网络分析仪测量天线通路的驻波比(SWR),通过测量可以看到SMA转接头对射频性能没有影响:

有一个现象,SMA外壳需要接地,如果悬空,会有100MHZ的频偏???

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用PCB打样网关外壳面板

由于现在嘉立创的PCB打样的价格非常便宜,特别每月还可以免费打样两次的双面板,尝试打了N0303网关前后面板,主要测试一下开孔的定位,效果还不错

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节点模块的工作状态介绍

节点模块有三个工作状态: 扫描, 监听和连接,如下图所示:

当终端节点模块上电后,它首先扫描无线信道,尝试寻找路由节点,如果接入成功后,就进入连接模式(同步模式),如果多次尝试失败后,进入监听模式(low duty rx),其中,连接和监听均是低功耗的状态。

在监听状态中,它周期打开一小段时间接受窗口,可以有效降低系统功耗,如下图所示

在接受窗口期间,如果接受无线唤醒帧,就重新进入扫描状态。路由节点设计了独特的唤醒算法,能够高效的唤醒节点。

连接状态是工作在同步模式中,节点可以精确地在自己的收发窗口中醒来进行数据传输,在其他空闲时间进行睡眠,以降低系统的功耗。

通过以上设计,使得节点模式无论是接连还是断开状态,均能够保持低功耗状态。

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大电流DC-DC芯片评估

由于网关模块有4G模块,瞬间电流可以达到3.0A~3.5A,初期选用TI高性能TPS系列以及性价比TLV系列降压DC-DC,评估下来性能都不错,但是目前这些芯片非常难买到,而且价格飞涨,所以又尝试评估一些国产的电源芯片,性能基本能够满足要求。评估板可以评估以下三种类型的电源芯片。

编号适用范围
第一路SGM61230,TPS54302
第二路RT7257BH,AME5268,BL9384B,MP2307DN,TD1484A,等管脚兼容芯片
第三路TPS54232,TPS54332

评估板的详情参见
http://www.tinywsn.net/wordpress/index.php/tools/

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传感器的扩展板介绍

作为节点开发板D0103的扩展板,对外提供GPIO,USART,SPI,I2C,ADC,TIM等接口,可以安装各类传感器,对整个TinyWSN网络进行功能评估和应用。

产品的介绍详见
http://www.tinywsn.net/wordpress/index.php/ecosys/

产品的文档说明
http://www.tinywsn.net/wordpress/index.php/docs/manual/ecosys/ecosys-e0003/

扩展板的原理图
http://www.tinywsn.net/wordpress/index.php/download/

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节点模块的开发板介绍

D0103是节点模块的开发板,主要用于节点模块的功能评估,功耗测量,也可以通过扩展板的形式安装各类传感器,进行功能评估或应用。


产品的介绍详见
http://www.tinywsn.net/wordpress/index.php/tools/

产品的文档说明
http://www.tinywsn.net/wordpress/index.php/docs/manual/tools/tools-d0103/

开发板的原理图
http://www.tinywsn.net/wordpress/index.php/download/

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网关模块的新成员加入

网关模块系列新成员G0303加入,主控芯片是厦门星宸科技的准工业级SigmaStar SSD202 SoC(ARM Cortex A7 内核)的超小型 SOM(System On Module)模块,是一款性价比比较高的主控芯片。

产品的介绍详见
http://www.tinywsn.net/wordpress/index.php/gateway/

产品的文档说明
http://www.tinywsn.net/wordpress/index.php/docs/manual/gateway/gateway-g0303/

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节点模块支持人机交互

在一些应用场合可能需要简单的人机交互功能,为此增加了对u8g2嵌入式图形库的支持,u8g2支持几十种显示驱动芯片,丰富的字体可供选择,而且还可以支持中文显示,可以实现 比较复杂的图形动态显示。它包括两种使用模式

模式缓冲说明
u8x8所以得操作直接写入,导致刷新有抖动,支持8×8字符,但是节省内存
u8g21 page
2 page
full page
有显示缓冲,刷新效率高,支持中文和图形,但是要额外内存

具体实现可以参考下面的例程,支持I2C总线和SPI总线控制器

例8-u8x8嵌入式图形库显示测量值
http://www.tinywsn.net/wordpress/index.php/docs/manual/node/node-wbed/node-wbed-ex8/

例9-u8g2嵌入式图形库显示测量值
http://www.tinywsn.net/wordpress/index.php/docs/manual/node/node-wbed/node-wbed-ex9/

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节点模块的尺寸和接口

节点模块的尺寸和接口的具体描述参见
http://www.tinywsn.net/wordpress/index.php/docs/manual/node/node-hardware/
在下图三个板间链接形式中,各有各自优缺点

编号名称优劣
图一插针灵活更换,需要增加额外的插针和插座,可以通过螺丝增加固定强度
图二半孔焊接牢固,半孔工艺的成本高, 底板生产过程还需要考虑模块焊接温度曲线
图三插针+半孔兼顾上面的优缺点,半孔工艺的成本高

插针版本可参见节点产品目录
http://www.tinywsn.net/wordpress/index.php/node/