一種地震無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點設(shè)備的制作方法
【專利摘要】一種地震無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點設(shè)備，包括處理器模塊；移動通信模塊；用于衛(wèi)星通信并獲取災(zāi)情監(jiān)控儀的地理位置和時間，為中心節(jié)點設(shè)備提供統(tǒng)一的時間基準(zhǔn)的北斗/GPS定位通信模塊；用于為中心節(jié)點設(shè)備提供無線ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸功能的ZigBee模塊；實現(xiàn)有線和無線多種網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)，以及多種傳輸協(xié)議的冗余設(shè)計，為地震災(zāi)情信息上傳提供可靠數(shù)據(jù)通道的IPv4/IPv6網(wǎng)絡(luò)模塊和電源管理模塊；處理器模塊分別與移動通信模塊、北斗/GPS定位通信模塊、ZigBee模塊、IPv4/IPv6網(wǎng)絡(luò)模塊和電源管理模塊雙向通信并連接。本實用新型采用多種通信模塊切換的中心節(jié)點設(shè)備完成前端地震災(zāi)情信息傳輸?shù)降卣鸨O(jiān)控中心的重要環(huán)節(jié)，解決地震災(zāi)情信息的可靠獲取的問題。
【專利說明】一種地震無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種地震防御與應(yīng)急救援設(shè)備，特別是一種地震無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]地震監(jiān)測是指通過獲取地震發(fā)生時的震動信號，以有線或無線方式將獲取的監(jiān)測信息傳送到監(jiān)控中心。有線網(wǎng)絡(luò)是重要的信息傳輸方式，但有線網(wǎng)絡(luò)無法有效地對一些人力難以到達的惡劣環(huán)境地區(qū)進行地震監(jiān)測，而且在應(yīng)急情況下有線網(wǎng)絡(luò)往往被破壞，無法傳送余震的監(jiān)測信息。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相對于傳統(tǒng)的有線和其它無線網(wǎng)絡(luò)，具有“自組織、自愈合”的特點，因而能夠適應(yīng)復(fù)雜多變的環(huán)境，去監(jiān)測各種有線網(wǎng)絡(luò)無法有效監(jiān)測的地區(qū)，實現(xiàn)災(zāi)難預(yù)警與救助。
[0003]大量傳感器節(jié)點按一定布點規(guī)則分布于復(fù)雜環(huán)境下需要監(jiān)測的區(qū)域，通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)以進行上述各種參量的數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理等工作。傳感器節(jié)點將采集到的數(shù)據(jù)單跳傳遞給簇頭節(jié)點，簇頭節(jié)點逐跳傳輸，經(jīng)過單跳或多跳后到達中心節(jié)點，再由中心節(jié)點通過衛(wèi)星、公共移動通信網(wǎng)絡(luò)(GSM、CDMA等)、WLAN等遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)，傳送到地震監(jiān)控中心進行集中處理和預(yù)警。因此開發(fā)具有多種通信模式并能根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況進行選擇，將數(shù)據(jù)及時、可靠地傳輸?shù)降卣鸨O(jiān)控中心的中心節(jié)點設(shè)備就顯得尤為重要。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型技術(shù)解決問題:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種地震無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點設(shè)備，采用多種通信模塊切換的中心節(jié)點設(shè)備完成前端地震災(zāi)情信息傳輸?shù)降卣鸨O(jiān)控中心的重要環(huán)節(jié)，解決地震災(zāi)情信息的可靠獲取的問題。
[0005]本實用新型技術(shù)解決方案:一種地震無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點設(shè)備，包括處理器模塊；移動通信模塊；用于衛(wèi)星通信并獲取災(zāi)情監(jiān)控儀的地理位置和時間，為中心節(jié)點設(shè)備提供統(tǒng)一的時間基準(zhǔn)的北斗/GPS定位通信模塊；用于為中心節(jié)點設(shè)備提供無線ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸功能的ZigBee模塊；實現(xiàn)有線和無線多種網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)，以及多種傳輸協(xié)議的冗余設(shè)計，為地震災(zāi)情信息上傳提供可靠數(shù)據(jù)通道的IPv4/IPv6網(wǎng)絡(luò)模塊和電源管理模塊；處理器模塊分別與移動通信模塊、北斗/GPS定位通信模塊、ZigBee模塊、IPv4/IPv6網(wǎng)絡(luò)模塊和電源管理模塊雙向通信并連接。
[0006]所述處理器模塊采用低功耗的ARM處理器，并集成SDRAM、NOR Flash和NANDFlash存儲介質(zhì)。
[0007]所述移動通信模塊支持電信CDAM20001X EV-DO、移動TD-SCDMA或聯(lián)通WCDMA3G網(wǎng)絡(luò)。
[0008]所述ZigBee模塊支持點對點、星形網(wǎng)絡(luò)、樹形網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式。
[0009]所述電源管理模塊由電源處理器、感震器、實時時鐘、人機交互接口、電池、電源控制電路和串行接口組成；感震器、實時時鐘、人機交互接口的輸出分別與電源處理器的輸入端相連接，電源處理器的輸出分別與電源控制電路和人機交互接口連接；太陽能供電系統(tǒng)、電池與電源控制電路連接。
[0010]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:
[0011](I)本實用新型設(shè)備利用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)短報文通信功能完成地震災(zāi)害發(fā)生后，數(shù)據(jù)可靠的傳輸。
[0012](2)本實用新型IPv4/IPv6網(wǎng)絡(luò)模塊支持有線、無線多種網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)，支持IPv4/IPv6雙協(xié)議棧，為地震災(zāi)害發(fā)生后現(xiàn)場災(zāi)情數(shù)據(jù)的上傳提供了可靠的信息通路。
[0013](3)本實用新型具有多種通信模式并能根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況進行選擇，將數(shù)據(jù)及時、可靠地傳輸?shù)降卣鸨O(jiān)控中心。
[0014](4)本實用新型根據(jù)現(xiàn)場移動通信網(wǎng)絡(luò)的信號通信質(zhì)量來選擇特定的單一制式，既節(jié)省了中心節(jié)點的成本，又可以保證地震災(zāi)情信息穩(wěn)定、可靠地上傳。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型組成框圖；
[0016]圖2為本實用新型中電源管理模塊的組成框圖；
[0017]圖3為本實用新型工作原理圖；
[0018]圖4為本實用新型中的微處理器模塊工作流程圖；
[0019]圖5為本實用新型上傳災(zāi)情數(shù)據(jù)的工作流程圖。

【具體實施方式】
[0020]如圖1所示，本實用新型由處理器模塊1、移動通信模塊2、北斗/GPS定位通信模塊3、ZigBee模塊4、IPv4/IPv6網(wǎng)絡(luò)模塊5和電源管理模塊6構(gòu)成。
[0021]處理器模塊I核心采用低功耗的ARM處理器，并集成SDRAM、NOR Flash和NANDFlash存儲介質(zhì)。其中，SDRAM是系統(tǒng)內(nèi)存，NOR Flash作用是存儲嵌入式Linux操作系統(tǒng)啟動引導(dǎo)程序、內(nèi)核和根文件系統(tǒng)，NAND Flash作用是存儲應(yīng)用程序及災(zāi)情數(shù)據(jù)。支持嵌入式Linux的應(yīng)用程序，能夠勝任大數(shù)據(jù)量、大訪問量的災(zāi)情數(shù)據(jù)采集、存儲和上傳等工作。用于其它模塊的集成和應(yīng)用，實現(xiàn)地震現(xiàn)場災(zāi)情數(shù)據(jù)的采集、存儲以及上傳。
[0022]移動通信模塊2可支持電信CDAM20001X EV-D0、移動TD-SCDMA、聯(lián)通WCDMA3G網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了中心節(jié)點通過移動通信網(wǎng)絡(luò)的無線接入。移動通信模塊可根據(jù)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的信號通信質(zhì)量來選擇特定的單一制式，既節(jié)省了中心節(jié)點的成本，又可以保證地震災(zāi)情信息穩(wěn)定、可靠地上傳。
[0023]北斗/GPS定位通信模塊3用于衛(wèi)星通信、獲取災(zāi)情監(jiān)控儀的地理位置和時間，并為中心節(jié)點提供統(tǒng)一的時間基準(zhǔn)。北斗/GPS定位通信模塊4利用GPS導(dǎo)航系統(tǒng)獲取的時間和地理位置信息與地震監(jiān)測節(jié)點通過ZigBee模塊傳輸?shù)牡卣鹆叶纫黄饦?gòu)成地震動的完整要素信息，利用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)短報文通信功能完成地震災(zāi)害發(fā)生后，數(shù)據(jù)可靠的傳輸。
[0024]ZigBee模塊4為中心節(jié)點設(shè)備提供無線ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸功能，支持點對點、星形網(wǎng)絡(luò)、樹形網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)等組網(wǎng)方式，能夠滿足各種標(biāo)準(zhǔn)以及非標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫枨?，保證了地震災(zāi)情信息通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)可靠地傳輸?shù)街行墓?jié)點設(shè)備。
[0025]IPv4/IPv6網(wǎng)絡(luò)模塊5支持有線、WiFi無線網(wǎng)絡(luò)(IEEE802.1lx)等多種網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)，支持IPv4/IPv6雙協(xié)議棧，實現(xiàn)災(zāi)情監(jiān)控儀的有線/無線網(wǎng)絡(luò)接入。IPv4/IPv6網(wǎng)絡(luò)模塊5實現(xiàn)了有線和無線多種網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)，以及多種傳輸協(xié)議的冗余設(shè)計，為地震災(zāi)情信息的上傳提供的可靠的數(shù)據(jù)通道。
[0026]如圖2所示，電源管理模塊6以低功耗的CorteX-M3處理器為核心，由電源處理器61、感震器62、實時時鐘33、人機交互接口 64、電池55、電源控制電路66和串行接口 67組成，電源處理器61采用Cortex-M3處理器。本實用新型中心節(jié)點設(shè)備由于配置多種通信模塊，整機功耗較大，電池65并不能保證中心節(jié)點設(shè)備多種通信模塊長期連續(xù)工作。當(dāng)未有地震發(fā)生時，中心節(jié)點設(shè)備中只有電源管理模塊6工作。電源管理模塊6通過電源控制電路66切斷電池65與中心節(jié)點設(shè)備其他部分電源的連接，中心節(jié)電設(shè)備工作于休眠狀態(tài)。當(dāng)電源處理器61收到感震器62、實時時鐘63或人機交互接口 64啟動請求時，電源控制電路66才會建立電池65與中心節(jié)點設(shè)備其他部分的電源連接，中心節(jié)點設(shè)備從而退出休眠狀態(tài)，進入監(jiān)控狀態(tài)。感震器62和實時時鐘63產(chǎn)生的啟動請求為自動請求。當(dāng)有地震發(fā)生時，感震器62產(chǎn)生啟動請求。當(dāng)實時時鐘到達實現(xiàn)設(shè)定的某個時間時，實時時鐘63產(chǎn)生啟動請求。人機交互接口 64產(chǎn)生的啟動請求為人工請求。當(dāng)需要對中心節(jié)點設(shè)備進行系統(tǒng)設(shè)置時，人機交互接口 64產(chǎn)生啟動請求。電源處理器61收到啟動請求后，電源管理模塊6通過電源控制電路66為中心節(jié)點設(shè)備供電，同時通過串行接口 67向處理器模塊I發(fā)送啟動類型。電源管理模塊6實現(xiàn)了中心節(jié)點設(shè)備的狀態(tài)切換，達到了電源管理的目的，實現(xiàn)了地震災(zāi)情的自動獲取。
[0027]圖3所示為中心節(jié)點設(shè)備的總體工作流程。電源管理模塊6產(chǎn)生感震啟動、定時啟動或人工啟動三種啟動請求。當(dāng)中心節(jié)點設(shè)備啟動時，電源管理模塊6通過電源控制電路56為整個中心節(jié)點設(shè)備供電。處理器模塊I上電后啟動操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)啟動完成后將控制權(quán)轉(zhuǎn)交給運行于處理器模塊I之上的應(yīng)用程序。應(yīng)用程序用于協(xié)調(diào)中心節(jié)點設(shè)備的各個模塊實現(xiàn)災(zāi)情數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲以及上傳等功能。應(yīng)用程序首先從電源管理模塊6獲得啟動類型(感震啟動、定時啟動和人工啟動)，然后根據(jù)啟動類型執(zhí)行控制命令，通過ZigBee模塊4向地震監(jiān)測節(jié)點發(fā)送采集命令，將采集到的災(zāi)情數(shù)據(jù)進行本地的保存，并將這些數(shù)據(jù)通過移動通信模塊2、北斗/GPS定位通信模塊3或IPv4/IPv6網(wǎng)絡(luò)模塊5上傳災(zāi)情數(shù)據(jù)。
[0028]如圖4所示，處理器模塊I的應(yīng)用程序運行后進行各模塊的初始化，獲得各模塊的狀態(tài)信息，分析中心節(jié)點設(shè)備的啟動類型。當(dāng)感震啟動時，讀取災(zāi)情數(shù)據(jù)，上傳災(zāi)情數(shù)據(jù)，判斷是否完成監(jiān)測任務(wù)，完成則退出程序并關(guān)閉儀器，未完成則連續(xù)讀取和上傳災(zāi)情數(shù)據(jù)。當(dāng)定時啟動時，讀傳感器狀態(tài)，上傳傳感器狀態(tài)，讀取災(zāi)情數(shù)據(jù)，上傳災(zāi)情數(shù)據(jù)，之后退出程序并關(guān)閉儀器。當(dāng)人工啟動時，完成地震災(zāi)情監(jiān)控儀軟、硬件設(shè)置等人機事件處理，之后退出程序并關(guān)閉儀器。
[0029]如圖5所示，上傳災(zāi)情數(shù)據(jù)流程根據(jù)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)狀況，按照有線通信、無線WiFi通信、移動通信、衛(wèi)星通信優(yōu)先級從高到低的順序，依次嘗試與監(jiān)控中心進行連接，在建立連接后，按照一定格式進行數(shù)據(jù)傳輸，在此過程中發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸中斷，依次切換到優(yōu)先級低一級的通信模式，進行數(shù)據(jù)續(xù)傳。
[0030]提供以上實施例僅僅是為了描述本發(fā)明的目的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。不脫離本發(fā)明的精神和原理而做出的各種等同替換和修改，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種地震無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點設(shè)備，其特征在于包括處理器模塊(I);移動通信模塊(2);用于衛(wèi)星通信并獲取災(zāi)情監(jiān)控儀的地理位置和時間，為中心節(jié)點設(shè)備提供統(tǒng)一的時間基準(zhǔn)的北斗/GPS定位通信模塊(3);用于為中心節(jié)點設(shè)備提供無線ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸功能的ZigBee模塊(4);實現(xiàn)有線和無線多種網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)，以及多種傳輸協(xié)議的冗余設(shè)計，為地震災(zāi)情信息上傳提供可靠數(shù)據(jù)通道的IPv4/IPv6網(wǎng)絡(luò)模塊(5)和電源管理模塊(6);處理器模塊(I)分別與移動通信模塊(2)、北斗/GPS定位通信模塊(3)、ZigBee模塊(4)、IPv4/IPv6網(wǎng)絡(luò)模塊(5)和電源管理模塊(6)雙向通信并連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地震無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點設(shè)備，其特征在于:所述處理器模塊(I)采用低功耗的ARM處理器，并集成SDRAM、NOR Flash和NAND Flash存儲介質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地震無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點設(shè)備，其特征在于:所述移動通信模塊(2)支持電信CDAM20001X EV-DO、移動TD-SCDMA或聯(lián)通WCDMA3G網(wǎng)絡(luò)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地震無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點設(shè)備，其特征在于:所述ZigBee模塊(4)支持點對點、星形網(wǎng)絡(luò)、樹形網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地震無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點設(shè)備，其特征在于:所述電源管理模塊(6)由電源處理器(61)、感震器(62)、實時時鐘(63)、人機交互接口(64)、電池(65)、電源控制電路￠6)和串行接口 ￠7)組成；感震器(62)、實時時鐘(63)、人機交互接口(64)的輸出分別與電源處理器(61)的輸入端相連接，電源處理器(61)的輸出分別與電源控制電路￠6)和人機交互接口 ￠4)連接；太陽能供電系統(tǒng)(65)、電池￠6)與電源控制電路(66)連接。
【文檔編號】G01V1/22GK203941297SQ201420318057
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年6月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月14日
【發(fā)明者】李智濤, 付繼華, 譚巧, 王建軍 申請人:中國地震局地殼應(yīng)力研究所