声传感器网络节点的硬件系统设计

2．3 声音采集模块

声音测量通过驻极体XF-18D麦克风阵列进行测量。XF-18D麦克风是电容式微麦克风，输入信号为声音信号，输出信号经MAX4477构成的前置放大电路后进行电压值A／D采样。处理器的A／D采样频率可达20CkHz，可捕获到较宽范围的声音信号。

本设计中放大元件采用Maxim公司生产的MAX4477放大器。它是一款高带宽、低噪声、低失真运算的放大器，提供满摆幅输出，工作电压可低至2．7 V。声音采集电路如图5所示。

2．4 GPS与北斗模块

由于各个节点需要获取自身的位置和精确的时间，因此每个节点需安装GPS或者北斗模块。可采用Atmel公司提供的GPS模块，采用的是串行输出，只要2 个串行信号线就可以完成较精确的差分卫星定位。GPS模块的支持电压为2．7～3．3 V，功率小于100 mW／H。GPS模块由变频器模块(ATR0600)、信号相关模块(ATR0610)、微处理器模块(ATR0620)组成。图6为GPS模块结构框图。

2．5 电源模块

电源模块的功能是提供节点工作所需的能量，本节点可通过4节干电池或USB端口供电。由于4节干电池和USB端口提供的电压都是大于处理器模块、 CC1100和声音采集模块所需的3．3 V电源，所以必须将输入电压调整至节点所需的电压。此电源模块设计采用的是AMS1117_3．3电压调节器，它的作用是把4节干电池和USB端口提供的 5 V电压调节到所需的3．3 V。其电路设计如图7所示。

3 实验结果

节点硬件系统上移植了TinyOS操作系统，基于操作系统进行各个模块的消息驱动程序开发，最后进行路由算法的移植。使用2个节点(1个终端节点和1个汇聚节点)进行组网实验，测试节点对鼓掌声音信号的灵敏度。采集的声音波形如图8所示。

结 语

由于采用了模块化的设计方法，本文设计的声传感器网络节点硬件系统有助于扩展不同类型的传感器；此外，该系统还具有成本低、体积小、功耗低等特点，非常适应未来多样化环境监测任务的需要。