【摘 要】
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在复杂的战场环境中,冲击波会对士兵身体健康造成较大的影响,因此采用无线通信系统监测冲击波信号检测士兵健康状态,且在装置中应用无线通信技术有着重要意义,但目前市面上所存在的可穿戴式冲击波检测装置大部分使用WiFi组网或者使用ZigBee组网,使得系统整体功耗较大,且必须使用电脑PC端进行命令的下达,使用不方便。而蓝牙Mesh网络具有低成本、低功耗、易组网等特点,逐渐成为各种环境下的一种主流无线网络。
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在复杂的战场环境中,冲击波会对士兵身体健康造成较大的影响,因此采用无线通信系统监测冲击波信号检测士兵健康状态,且在装置中应用无线通信技术有着重要意义,但目前市面上所存在的可穿戴式冲击波检测装置大部分使用WiFi组网或者使用ZigBee组网,使得系统整体功耗较大,且必须使用电脑PC端进行命令的下达,使用不方便。而蓝牙Mesh网络具有低成本、低功耗、易组网等特点,逐渐成为各种环境下的一种主流无线网络。本文主要在蓝牙Mesh网络基础上构建可以应用于战场上通信的无线通信系统,该系统主要依赖于电池供电,但所有电池的电量是有一定限度的,因此需要对系统的低功耗进行设计。本文主要从以下三个方面进行研究:在硬件方面,选择低功耗器件完成mesh组网的硬件系统设计。分析了战场上对无线通信系统的需求,选择了具有较高通信速率且运行功耗较低的蓝牙芯片STM32WB55作为组网芯片,该芯片内部提供13位ADC,依托内部的ADC进行模数转换电路采集传感器数据。该芯片的使用可以减少一些外设的增加,不仅使得可穿戴式设备更为小型化,而且也减少了电量的消耗;针对系统能量供应模块,设计了电源配置方案,其中嵌入了一个强大的开关模式电源(SMPS)。可以设置成两种不同的电源配置:SMPS电源和LDO电源。当电源电压高于2V时使用SMPS配置,否则使用LDO配置。在使用LDO电源配置时,电量消耗将为原来的10%。为了防止在VDD(I/O和系统模拟模块供电的外部电源)掉电时数据的丢失,可以使用电池备份域保留备份寄存器的数据。软件方面,利用改进的距离矢量路由算法(IAODV)搭建了无线mesh网络,在该网络中,距离矢量路由算法(AODV)路由协议中的节点模型由单路径传送数据改进为多路径传送数据,使其更加适应mesh网络,使得新的路由协议IAODV与传统的AODV协议相比,网络开销在一定程度上降低,实现了降低节点能耗以及提高网络性能的目的。最后,以充满障碍物的实验室环境代替充满障碍物的战场,对低功耗蓝牙mesh网络进行了测试,测试结果表明,系统在蓝牙通信模式下的功耗为179.04m W,与使用WiFi、ZigBee等无线通信方式的功耗进行对比,发现本文功耗降低了28%;把使用传统AODV路由协议测得的功耗与使用改进后的IAODV路由协议相比,改进后的功耗降低了11%。满足战场通信低功耗的要求。
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