(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911167025.X
(22)申请日 2019.11.25
(71)申请人 北京宇航系统工程研究所
地址 100076 北京市丰台区南大红门路1号
内35栋
申请人 中国运载火箭技术研究院
(72)发明人 王国辉 周广铭 夏国江 路娟
梁晨光 张金刚 李亚 耿胜男
张大铭 俞达
(74)专利代理机构 中国航天科技专利中心
11009
代理人 张辉
(51)Int.Cl.
H04W 4/38(2018.01)
H04L 12/44(2006.01)
H04L 29/06(2006.01)
(54)发明名称适用于飞行参数获取的无线传感网络系统(57)摘要适用于飞行参数获取的无线传感网络系统，包括无线数据接收控制器节点、无线传感器节点以及辅助控制节点；无线数据接收控制器节点实现无线传感网络与其他外部网络通信协议的转换，同时向无线传感器节点发布任务，接收无线传感器节点反馈的数据并处理，将处理后的数据转发到外部网络；无线传感器节点进行数据的采集，经过格 式转化和组包处理后反馈给无线数据接收控制器节点；辅助控制节点控制整个网络的休眠与唤醒。本发明实现了航天飞行器在飞行过程中环境类参数的无缆化可靠获取，可以取代传统传感器有线测量的方式，避免了大量电缆设计及电缆重量大、操作复杂、难度大、消耗较多人力物力资源等不足，
提升了飞行器的智能化水平。权利要求书2页 说明书6页 附图2页CN 111132059 A 2020.05.08
C N 111132059
A
1.适用于飞行参数获取的无线传感网络系统，其特征在于：包括无线数据接收控制器节点、无线传感器节点以及辅助控制节点，无线数据接收控制器节点作为主节点，无线传感器节点和辅助控制节点作为从节点，形成星型拓扑结构；
无线数据接收控制器节点连接无线传感网络与其他外部网络，实现无线传感网络与其他外部网络通信协议的转换，同时向无线传感器节点发布任务，接收无线传感器节点反馈的数据并处理，将处理后的数据转发到外部网络；
无线传感器节点根据无线数据接收控制器节点发布的任务进行数据的采集，经过格式转化和组包处理后反馈给无线数据接收控制器节点；
辅助控制节点控制整个网络的休眠与唤醒。
2.根据权利要求1所述的适用于飞行参数获取的无线传感网络系统，其特征在于：无线传感器节点可以具有中继路由功能，当作为中继节点时，能够对自身采集数据与接收到的其他无线传感器节点的数据进行融合，并路由至无线数据接收控制器节点。
3.根据权利要求1或2所述的适用于飞行参数获取的无线传感网络系统，其特征在于：所述无线数据接收控制器节点、无线传感器节点以及辅助控制节点均采用射频通信电路实现数据处理和通信，且无线数据接收控制器节点、无线传感器节点以及辅助控制节点的射频通信电路硬件组成相同。
4.根据权利要求3所述的适用于飞行参数获取的无线传感网络系统，其特征在于：射频通信电路包括逻辑控制模块、射频通信模块、程序调试模块以及电源供电模块； 逻辑控制模块：由微控制器构成，控制整个节点的操作，完成任务调度、任务发布、协调射频通信电路不同模块的工作时序以及存储和处理数据功能，根据电源供电模块发送的当前用电量统计电池的剩余电量，是整个节点的核心；
射频通信模块：由无线通信模块组成，负责对接收数据进行编码、调制，并转发，完成与其他节点的无线通信功能；
程序调试模块：能够利用调试工具将程序下载到射频通信电路中进行调试和验证；
电源供电模块：为整个节点正常工作提供能量，电源供电模块从电池取电，经相应的电压变换后供逻辑控制模块、射频通信模块、程序调试模块以及无线传感器节点的敏感模块工作，并向逻辑控制模块发送当前用电量。
5.根据权利要求4所述的适用于飞行参数获取的无线传感网络系统，其特征在于：逻辑控制模块包括控制芯片CC2640R2f、主频晶振X1、休眠晶振X2、电阻R1、电容C5、电容C6、电容C12和电容C35；
控制芯片CC2640R2f的VDDS、VDDS2、VDDS_DCDC管脚连接外部电源VDDS，控制芯片CC2640R2f的VDDR管脚连接外部电源转换后的直流电源VDDR；
主频晶振X1连接在控制芯片CC2640R2f的X24M_P和X24M_N之间，控制芯片CC2640R2f的X32K_Q2与休眠晶振X2的一端以及电容C6的一端连接，电容C6的另一端接地，控制芯片CC2640R2f的X32K_Q1与休眠晶振X2的另一端以及电容C5的一端连接，电容C5的另一端接地；控制芯片CC2640R2f的VSS管脚和EGP管脚接地，控制芯片CC2640R2f的DCOUPL管脚通过电容C12接地，控制芯片CC2640R2f的nRESET管脚一方面接外部复位信号，另一方面通过电容C35接地，通过电阻R1与外部电源VDDS连接。
6.根据权利要求5所述的适用于飞行参数获取的无线传感网络系统，其特征在于：射频
通信模块包括滤波器芯片LFB182G45BG5D920和50欧姆阻抗；
滤波器芯片LFB182G45BG5D920的B1管脚与控制芯片CC2640R2f的RF_N管脚连接，滤波器芯片LFB182G45BG5D920的B2管脚与控制芯片CC2640R2f的RF_P管脚连接，滤波器芯片LFB182G45BG5D920的GND管脚接地，滤波器芯片LFB182G45BG5D920的U管脚通过50欧姆阻抗与天线连接。
7.根据权利要求6所述的适用于飞行参数获取的无线传感网络系统，其特征在于：电源供电模块包括输入电源电路、传感器敏感模块供电电路和电量采集模块；
输入电源电路：从电池取电，经过稳压和电压变换处理，向逻辑控制模块、射频通信模块、程序调试模块提供工作电压；
传感器敏感模块供电电路：从电池取电，经过稳压和电压变换处理，向无线传感器节点敏感模块提供工作电压；
电量采集模块：获取电池提供给输入电源电路和传感器敏感模块供电电路的电量，发送给逻辑控制模块。
8.根据权利要求7所述的适用于飞行参数获取的无线传感网络系统，其特征在于：输入电源电路包括电
源开关S1、第一稳压芯片RT9013_25PB、电容C1、电容C2、发光二极管D1和电阻R2；
电源开关S1一端连接电池，另一端同时连接电容C1的一端、第一稳压芯片RT9013_25PB 的VIN管脚和EN管脚，第一稳压芯片RT9013_25PB的VOUT管脚同时连接电容C2的一端和电阻R2的一端，电阻R2的另一端与发光二极管D1的阳极连接，电容C1的另一端、第一稳压芯片RT9013_25PB的GND管脚、电容C2的另一端和发光二极管D1的阴极均接地。
9.根据权利要求8所述的适用于飞行参数获取的无线传感网络系统，其特征在于：传感器敏感模块供电电路包括第二稳压芯片RT9013_25PB、电容C7、电容C8和电阻R3；
第二稳压芯片RT9013_25PB的VIN管脚连接第一稳压芯片RT9013_25PB的VIN管脚，第二稳压芯片RT9013_25PB的VIN管脚同时连接电容C7的一端和电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接第二稳压芯片RT9013_25PB的EN管脚，第二稳压芯片RT9013_25PB的VOUT管脚同时与无线传感器节点敏感模块以及电容C8的一端连接，电容C7的另一端、第二稳压芯片RT9013_ 25PB的GND管脚以及电容C8的另一端均接地。
10.根据权利要求8所述的适用于飞行参数获取的无线传感网络系统，其特征在于：所述电量采集模块包括电阻R4、电阻R5、电阻R6和PMOS管Q1；
第一稳压芯片RT9013_25PB的VIN管脚同时与电阻R4的一端以及PMOS管Q1的漏极连接，电阻R4的另一端与PMOS管Q1的栅极连接，PMOS管Q1的源极通过电阻R5和R6的串联电路接地。
适用于飞行参数获取的无线传感网络系统
技术领域
[0001]本发明适用于飞行参数获取的无线传感网络系统，属于网络通信领域。
背景技术
[0002]衡量飞行器的关键技术指标之一就是运载能力，也就是有效载荷。提高飞行器的运载能力包括两个出发点：一个是增大飞行器的推力，另一个就是尽可能提高飞行器的有效承载能力，这就要尽最大努力降低飞行器上无谓的载重量。当前飞行器电气设备之间是通过电缆网进行连接的，尤其是分布于飞行器内的成百上千个传感器，使得这种传统有线数据采集模式面临着如下问题：
[0003]首先严重制约了飞行器运载能力的提升。随着航天飞行器的发展和更新换代，传感器数量成倍增加，因此设备之间的数据传输电缆也随之呈指数形增加，这就大大降低了火箭的运载能力。其次电缆网的研制也是一项繁重的任务，工作量巨大，容易出错，返工次数多，进度难以保证，需要投入大量的人力、物力和财力进行保障。然而采用这种传统的有线采集方式，系统工作的可靠性不但没有得
到有效提升，有时还适得其反。因为无论是在型号研制初期的接口协调上，还是在具体实现和设计上，都增加了工作的复杂度，导致系统可靠性下降。同时，在后期的测试过程中，还会根据需要多次插拔相关接口的接插件，这就增加了很多无谓的操作，尤其是在局部空间紧张的情况下，操作难度更大，另一方面，在操作过程中还有引进多余物的风险，会降低系统可靠性。
发明内容
[0004]本发明的目的在于解决现有飞行器有线传感器采集系统中电缆重量大、设计复杂、安装维护成本高的问题，提出一种不借助于电导线连接的模块化、智能化无线传感网络系统，满足飞行器舱内环境参数的无缆化可靠获取。
[0005]本发明的技术解决方案：
[0006]适用于飞行参数获取的无线传感网络系统，包括无线数据接收控制器节点、无线传感器节点以及辅助控制节点，无线数据接收控制器节点作为主节点，无线传感器节点和辅助控制节点作为从节点，形成星型拓扑结构；
[0007]无线数据接收控制器节点连接无线传感网络与其他外部网络，实现无线传感网络与其他外部网络通信协议的转换，同时向无线传感器节点发布任务，接收无线传感器节点反馈的数据并处理，将处理后的数据转发到外部网络；
[0008]无线传感器节点根据无线数据接收控制器节点发布的任务进行数据的采集，经过格式转化和组包处理后反馈给无线数据接收控制器节点；
[0009]辅助控制节点控制整个网络的休眠与唤醒。
[0010]无线传感器节点可以具有中继路由功能，当作为中继节点时，能够对自身采集数据与接收到的其他无线传感器节点的数据进行融合，并路由至无线数据接收控制器节点。[0011]所述无线数据接收控制器节点、无线传感器节点以及辅助控制节点均采用射频通
信电路实现数据处理和通信，且无线数据接收控制器节点、无线传感器节点以及辅助控制节点的射频通信电路硬件组成相同。
[0012]射频通信电路包括逻辑控制模块、射频通信模块、程序调试模块以及电源供电模块；
[0013]逻辑控制模块：由微控制器构成，控制整个节点的操作，完成任务调度、任务发布、协调射频通信电路不同模块的工作时序以及存储和处理数据功能，根据电源供电模块发送的当前用电量统计电池的剩余电量，是整个节点的核心；
[0014]射频通信模块：由无线通信模块组成，负责对接收数据进行编码、调制，并转发，完成与其他节点的无线通信功能；
[0015]程序调试模块：能够利用调试工具将程序下载到射频通信电路中进行调试和验证；
[0016]电源供电模块：为整个节点正常工作提供能量，电源供电模块从电池取电，经相应的电压变换后供逻辑控制模块、射频通信模块、程序调试模块以及无线传感器节点的敏感模块工作，并向逻辑控制模块发送当前用电量。
[0017]逻辑控制模块包括控制芯片CC2640R2f、主频晶振X1、休眠晶振X2、电阻R1、电容C5、电容C6、电容C12和电容C35；
[0018]控制芯片CC2640R2f的VDDS、VDDS2、VDDS_DCDC管脚连接外部电源VDDS，控制芯片CC2640R2f的VDDR管脚连接外部电源转换后的直流电源VDDR；
[0019]主频晶振X1连接在控制芯片CC2640R2f的X24M_P和X24M_N之间，控制芯片CC2640R2f的X32K_Q2与休眠晶振X2的一端以及电容C6的一端连接，电容C6的另一端接地，控制芯片CC2640R2f的X32K_Q1与休眠晶振X2的另一端以及电容C5的一端连接，电容C5的另一端接地；控制芯片CC2640R2f的VSS管脚和EGP管脚接地，控制芯片CC2640R2f的DCOUPL管脚通过电容C12接地，控制芯片CC2640R2f的nRESET管脚一方面接外部复位信号，另一方面通过电容C35接地，通过电阻R1与外部电源VDDS连接。
[0020]射频通信模块包括滤波器芯片LFB182G45BG5D920和50欧姆阻抗；
[0021]滤波器芯片LFB182G45BG5D920的B1管脚与控制芯片CC2640R2f的RF_N管脚连接，滤波器芯片LFB182G45BG5D920的B2管脚与控制芯片CC2640R2f的RF_P管脚连接，滤波器芯片LFB182G45BG5D920的GND管脚接地，滤波器芯片LFB182G45BG5D920的U管脚通过50欧姆阻抗与天线连接。
[0022]电源供电模块包括输入电源电路、传感器敏感模块供电电路和电量采集模块；[0023]输入电源电路：从电池取电，经过稳压和电压变换处理，向逻辑控制模块、射频通信模块、程序调试模块提供工作电压；
[0024]传感器敏感模块供电电路：从电池取电，经过稳压和电压变换处理，向无线传感器节点敏感模块提供工作电压；
[0025]电量采集模块：获取电池提供给输入电源电路和传感器敏感模块供电电路的电量，发送给逻辑控制模块。
[0026]输入电源电路包括电源开关S1、第一稳压芯片RT9013_25PB、电容C1、电容C2、发光二极管D1和电阻R2；
[0027]电源开关S1一端连接电池，另一端同时连接电容C1的一端、第一稳压芯片RT9013_
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