箭载高速率低功耗无线传感网络系统设计

来源 :中北大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:alexzc1984
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无线传感技术对于实现火箭的无缆化测量具有重大研究意义。随着监测精度的提高和传感器数量的增加,数据传输量也越来越大,箭载监测系统也需要实现更高的传输速率。目前国内外的研究在高速率和低功耗之间难以兼顾,亟需解决在低功耗的基础上实现高速率的问题。针对上述问题,本文设计了一种箭载高速率低功耗无线传感网络系统。论文主要研究内容如下:针对高速率的设计需求。本文提出了一种拓展Sub-GHz芯片通信带宽的方法,通过修改底层射频参数,实现了码速率高达2Mbps的功能;创新地设计了一种基于开放系统互联模型的高速率传输方案,并通过对访问周期的低延时设计,实现了有效数据的高速传输;此外,使用直接轮询访问的方式完成了节点之间的数据传输,数据速率优于1Mbps的设计指标,减小了由箭载监测精度的提高与传感器数量的增加对传输带宽带来的影响。针对低功耗的设计需求。在硬件方面,选用低功耗的K型热电偶AD8495作为温度传感器,解决了常规传感器功耗高的问题;选用超低功耗器件CC1310作为微控制器,并设计了双晶振电路,实现了微控制器的动态节能。在软件方面,使用了休眠、唤醒机制,极大的降低了系统功耗;此外,还设计了超低功耗的数据采集策略,ADC采样电流低至0.95μA,从而进一步降低了整体功耗。同时,低功耗的设计还伴随着体积和重量的减小,有利于减少电缆的使用。最后,搭建了模拟舱内环境的性能测试平台,完成了系统无线传输距离、数据传输速率、网络可靠性和功耗的测试。测试结果表明,系统的有效传输半径可以达到15m,有效数据传输速率可以达到1.29Mbps,平均丢包率为0.076%。且系统的平均工作功耗为19.133m W,可以在低功耗的基础上实现数据高速率的传输,满足设计需求,对我国箭载监测系统的研究具有一定的借鉴意义。
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