[发明专利]一种基于人工耳蜗原理的智能无线传感器网络节点

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感器节点，尤其涉及一种基于人工耳蜗原理的智能无线传感器网络节点。

背景技术

人工耳蜗是一种利用电刺激脉冲直接刺激耳蜗残留螺旋神经节从而为重度耳聋或极重度耳聋患者重建听觉的仿生电子装置。人工耳蜗的功能是代替病变的毛细胞完成声电转换，用带有声音信息的电信号刺激残存的听神经，使患者产生真实的听觉感受，从而达到恢复患者听力的目的。人工耳蜗系统采用频率分解方法，依靠电路完成声音电信号的数字化、分解滤波并编码。

在无线传感领域中，无线传感节点在线数据信号处理和数据压缩方面的应用是非常重要的。绝大部分无线传感节点只具有简单的数据采集、数据发送等功能，大多直接采用现有的通用无线传感器节点或对其进行模仿，而这些通用节点不是专门针对高频复杂信号监测而开发的。复杂传感信号本身是由多个频段的信号混合而成，因此目前节点只能根据奈奎斯特定理设定一种采样频率去采集这种混频复杂信号并将信号发送到远端基站由上位机进行信号频率分解，而无法在线分解得到每个信号频率。如果节点进行在线分解复杂信号的频率成份等信号处理，功耗会非常大。同时，现有的绝大多数节点数据存储空间较小、数据存取速度较慢。高速高精度数据采集必然在短时间内产生大量的数据，在连续数据采集过程中，存储空间较小容易造成存储溢出而丢失数据，存储系统写入速度过慢容易造成数据无法及时缓存而丢失。

发明内容

本发明提出一种基于人工耳蜗原理的智能无线传感器网络节点，该节点为具有异步多频率下数据采集并进行一次频率分解的无线传感节点，降低了本地实时处理的功耗，以此来解决传统的无线传感节点无法以低功耗形式在线分解复杂信号中每个频率成份的问题。

本发明为实现上述目的采用如下技术方案：

一种基于人工耳蜗原理的智能无线传感器网络节点，包括：映射为基部薄膜的N个神经元感知板、映射为神经元的神经元核心处理板、映射为神经纤维的N个神经元纤维板，所述N个神经元感知板分别与神经元核心处理板通信，所述N个神经元纤维板分别与神经元核心处理板通信，整个无线传感网络节点仿生听觉皮质集中处理神经纤维听觉的功能对神经纤维板输出信号进行集中式处理，N为正整数；

其中，

每个神经元感知板，通过其内部根据用户需求设定了截止频率的滤波通道将采集的信号感知为不同频率成分，将不同频率成分定向压缩后传输给神经元核心处理板，

神经元核心处理板，用于提取每个神经元感知板感知的不同频率成分的幅频特性，合并处理每个神经元感知板感知的不同频率成分的幅频特性后输出各神经元感知板的感知信号给一个神经元纤维板，

每个神经元纤维板，用于将接收的感知信号调制后发送给网关节点。

作为所述一种基于人工耳蜗原理的智能无线传感器网络节点的进一步优化方案，每个神经元感知板都包括：传感采集单元、信号增益放大器、带通滤波器、低通滤波器、高通滤波器、三个刺激映射模块、编码映射模块；

其中，

传感采集单元，用于将采集的的信号转换成数字信号或者模拟信号，

信号增益放大器，输入端与传感采集单元的输出端相连，输出端与带通滤波器、低通滤波器、高通滤波器的输入端相连，用于放大传感采集单元输出端信号的动态范围，

带通滤波器，输出端与第一刺激映射模块的输入端相连，用于和第一刺激映射模块组成第一滤波通道，

低通滤波器，输出端与第二刺激映射模块的输入端相连，用于和第二刺激映射模块组成第二滤波通道，

高通滤波器，输出端与第三刺激映射模块的输入端相连，用于与第三刺激映射模块组成第三滤波通道，

三个刺激映射模块，输出端均与编码映射模块输入端相连，用于对带通滤波器、低通滤波器、高通滤波器映射编码，并将编码序列发送给编码映射模块，

编码映射模块，用于将接收的编码序列发送给神经元核心处理板。

进一步的，所述一种基于人工耳蜗原理的智能无线传感器网络节点，其神经元核心处理板包括：解码器、微处理器、SD卡存储器、小容量Flash、N个SPI控制器；

其中，

解码器，输入端与各神经元感知板中编码映射模块输出端相连，输出端与微处理器I/O接口相连，用于对各编码映射模块输出的编码序列进行解码操作得到各滤波通道输出的滤波信号，

微处理器，通过SPI接口与N个SPI控制器输入端相连，用于对从SD卡存储器读取的滤波信号进行FFT变换以提取幅频特性并合并输出每个神经元感知板的感知信号，