无线传感器网络节点设计及射频电路优化

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无线传感器网络是无线通信技术、网络技术、嵌入式技术的综合,它能够实时的感知、采集并处理各种目标信息,具有非常广泛的应用前景,是目前世界上备受关注的多学科交叉的前沿研究热点之一。无线传感器网络已应用于工业控制、医疗保健、智能交通等众多领域,为人们的生产生活带来了极大的方便。作为无线传感器网络核心部分的无线传感器网络节点,通常都由能量供应模块、数据采集模块、处理器模块以及无线通信模块四大部分组成。实际中,根据应用领域的不同,对传感器节点的设计提出了不同的技术要求,例如:对能耗的要求,对通信距离的要求等。目前,著名的研究机构与商业公司设计生产了满足不同应用要求的传感器节点。随着传感器网络技术的发展与应用领域的扩展,对传感器节点提出了更高的要求,特别是近来在智能电网中的应用,传感器网络的规模将达到几万个节点,传感器网络将逐步采取IPv6协议。传统传感器节点的处理能力和存储能力明显满足不了要求,因此设计出存储量大、通信距离远、功耗与成本低的节点就很有必要。本论文在分析6LoWPAN协议的基础上,利用实验室现有的研究基础,提出了满足6LoWPAN技术要求的无线传感器网络节点设计方案,重点对无线通信模块的射频电路进行了优化。木论文首先简要介绍了无线传感器网络及协议的相关知识,然后介绍了国内外几个典型的无线传感器网络节点。在此基础上,设计出了基于ATmega1280的无线传感器网络节点,通过ADS软件对节点的通信模块电路及设计的倒F天线进行了仿真分析,给出了仿真分析后元件的参考值以及仿真分析后天线的尺寸。为了掌握外界因素对天线的影响规律,本论文还分析了PCB板厚度以及介质对天线性能的影响情况。为了验证仿真的正确性,本论文最后还用矢量网络分析仪与频谱分析仪对实际设计的电路与天线的性能进行了测试。
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