專利名稱：遠(yuǎn)距離自動采樣測量空氣質(zhì)量的無線傳感器節(jié)點的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線傳感器節(jié)點，尤其是涉及一種遠(yuǎn)距離自動采樣測量空氣質(zhì)量的無線傳感器節(jié)點。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)等信息技術(shù)的發(fā)展與高科技的不斷進步， 人們的生活水平有了很大的提高，環(huán)境問題開始引起人們的重視。城市人口居住較為密集， 城市周邊企業(yè)也較多，來自于工業(yè)和市民生活所帶來的空氣污染問題一直是各個國家和市民關(guān)注的問題。各個國家和政府也一直在致力于改善城市的生活質(zhì)量，而改善城市空氣質(zhì)量的第一步就是全面獲取和了解城市空氣質(zhì)量參數(shù)。以往的做法是采集原始數(shù)據(jù)后再進行實驗室分析，需要投入大量的人力物力，收效甚微。基于無線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的價格低廉、高效的遠(yuǎn)程檢測系統(tǒng)為人們及時掌握瞬息萬變的空氣質(zhì)量參數(shù)提供了可能。在環(huán)境參數(shù)檢測系統(tǒng)中最重要的是信息采集終端，即傳感器節(jié)點，傳感器節(jié)點主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、傳送。每一個遠(yuǎn)程檢測系統(tǒng)都需要在監(jiān)測區(qū)域布置大量的傳感器節(jié)點。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點大多采用射頻收發(fā)模塊將數(shù)據(jù)上傳至主節(jié)點，再與監(jiān)控中心通信且網(wǎng)絡(luò)內(nèi)通信時序由監(jiān)控中心統(tǒng)一控制。因此，傳感器節(jié)點就是整個監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的基本單元，節(jié)點的穩(wěn)定運行是整個網(wǎng)絡(luò)可靠性的基本保證，所以在設(shè)計時力求簡單可靠、功能強大、價格低廉。然而，國內(nèi)目前所采用的傳感器節(jié)點在設(shè)計和制造方面均不同程度地存在傳感器節(jié)點信息采集與傳送不準(zhǔn)確、時斷時續(xù)、傳感器節(jié)點之間的通信能力差、傳感器節(jié)點功能單一、壽命短、不便于維護等多種缺陷和不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種遠(yuǎn)距離自動采樣測量空氣質(zhì)量的無線傳感器節(jié)點，其安裝及維護方便、功耗低、信息傳送穩(wěn)定可靠且自定位能力強、通信功能強，能解決現(xiàn)有節(jié)點存在的信息采集與傳送不準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)傳輸時斷時續(xù)、節(jié)點之間通信能力差、功能單一、壽命短、不便于維護等缺陷。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種遠(yuǎn)距離自動采樣測量空氣質(zhì)量的無線傳感器節(jié)點，其特征在于包括由對被監(jiān)測區(qū)域空氣質(zhì)量的相關(guān)參數(shù)進行實時檢測的多個傳感器組成的傳感器模塊、與傳感器模塊相接的CPU處理模塊、與CPU處理模塊相接且用于自動搜索鄰近無線傳感器節(jié)點的短距離無線通信模塊、按照時間先后順序?qū)鞲衅髂K所采集的數(shù)據(jù)與CPU處理模塊的相關(guān)工作參數(shù)進行同步存儲并相應(yīng)建立采樣歷史記錄與工作參數(shù)日志的數(shù)據(jù)存儲模塊、將傳感器模塊所采集數(shù)據(jù)進行同步上傳的RF收發(fā)器、分別與CPU處理模塊相接相接的自主定位模塊和計時模塊以及為傳感器模塊、CPU處理模塊、短距離無線通信模塊和RF收發(fā)器進行供電的電源模塊，所述數(shù)據(jù)存儲模塊和RF收發(fā)器均與CPU處理模塊相接，所述CPU處理模塊內(nèi)部集成有對傳感器模塊所采樣數(shù)據(jù)進行自動校驗的數(shù)據(jù)糾錯模塊，所述CPU處理模塊通過短距離無線通信模塊與自動搜索到的鄰近無線傳感器節(jié)點進行雙向通信，所述傳感器模塊、CPU處理模塊、短距離無線通信模塊和 RF收發(fā)器均與電源模塊相接，且電源模塊通過CPU處理模塊對自主定位模塊和計時模塊進行供電。上述遠(yuǎn)距離自動采樣測量空氣質(zhì)量的無線傳感器節(jié)點，其特征是多個所述傳感器包括溫度傳感器、濕度傳感器、二氧化硫傳感器、二氧化碳傳感器和粉塵濃度傳感器，所述溫度傳感器、濕度傳感器、二氧化硫傳感器、二氧化碳傳感器和粉塵濃度傳感器均通過傳感器接口與CPU處理模塊相接。上述遠(yuǎn)距離自動采樣測量空氣質(zhì)量的無線傳感器節(jié)點，其特征是所述溫度傳感器、濕度傳感器、二氧化硫傳感器、二氧化碳傳感器和粉塵濃度傳感器均為模擬信號傳感器且均通過A/D轉(zhuǎn)換器與傳感器接口相接。上述遠(yuǎn)距離自動采樣測量空氣質(zhì)量的無線傳感器節(jié)點，其特征是所述CPU處理模塊為芯片MCF5307。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1、采用低功耗節(jié)能單片機，大大延長了電池的使用壽命，傳感器節(jié)點外殼采用防水、防曬、耐腐蝕、高強度復(fù)合材料制成，大大延長了節(jié)點工作期限。2、一個傳感器節(jié)點可接入一種或多種感知器，各傳感器節(jié)點信息傳播的范圍和速度大，傳感器工作狀態(tài)采用遠(yuǎn)程喚醒機制，能節(jié)省電力。3、傳感器節(jié)點采用太陽能電池供電，并備有可充電電池，保證節(jié)點供電穩(wěn)定，并且可使整個傳感器網(wǎng)絡(luò)具有可重構(gòu)和易調(diào)整性、方便維護和管理。4、可通過遠(yuǎn)程命令對傳感器節(jié)點進行參數(shù)修改和程序升級。5、節(jié)點負(fù)責(zé)連接無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)的通信(具體通過短距離無線通信模塊和RF收發(fā)器來實現(xiàn))，實現(xiàn)兩種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議間的轉(zhuǎn)換，發(fā)送控制命令到傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點，以及傳送節(jié)點的信息到數(shù)據(jù)中心。6、智能化程度高且功能多樣，可同時執(zhí)行多種不同的任務(wù)傳感器節(jié)點在執(zhí)行數(shù)據(jù)采集時，可擔(dān)任數(shù)據(jù)和命令傳輸媒介，即根據(jù)節(jié)點間默認(rèn)通信協(xié)議收集近鄰感知節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)，組成一定大小的數(shù)據(jù)包存儲備份后通過無線網(wǎng)絡(luò)即RF收發(fā)器及時上傳至主節(jié)點，為建構(gòu)自組織網(wǎng)絡(luò)提供技術(shù)支持，大大提高了自組織網(wǎng)絡(luò)運行的穩(wěn)定性和可靠性。7、傳感器節(jié)點間協(xié)作進行實時監(jiān)測、感知、采集、處理和發(fā)布各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，這些信息通過無線方式被發(fā)送，并以自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送到主節(jié)點，可以無論何時何地都能向人們提供需要的信息。8、傳感器節(jié)點間通過無線功能組成網(wǎng)絡(luò)，彼此通信和交換各種信息，低功耗。低復(fù)雜度，低生產(chǎn)成本，綜合不同種類的傳感器，從而感知不同種類的信息。此外，功能有限的傳感器通過相互協(xié)作可以完成更大的感知任務(wù)，傳感器節(jié)點以自組織方式進行通信，每個節(jié)點都具備自動搜索、定位和恢復(fù)連接的能力。9、具有一定的存儲和計算能力，可以綜合考察信息采樣歷史記錄、節(jié)點工作參數(shù)日志和環(huán)境參數(shù)等信息，對當(dāng)前采樣數(shù)據(jù)進行糾錯處理。10、相鄰傳感器節(jié)點間采用短距離無線低功率通信方式進行雙向通信，通過多跳中繼方式將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳到網(wǎng)關(guān)節(jié)點。低功耗的多跳通信模式節(jié)省功耗，同時增加了通信的隱蔽性，也避免了長距離的無線通信易受外界噪聲干擾的影響。
綜上所述，本發(fā)明安裝及維護方便、功耗低、信息傳送穩(wěn)定可靠且自定位能力強、 通信功能強，能有效對城市各監(jiān)測點的空氣參數(shù)進行實時采集和發(fā)布，可消除探測區(qū)域內(nèi)的陰影和盲點，節(jié)省人力物力，能有效解決現(xiàn)有傳感器節(jié)點存在的節(jié)點信息采集與傳送不準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)傳輸時斷時續(xù)、傳感器節(jié)點之間的通信能力差、傳感器節(jié)點功能單一、壽命短、不便于維護等多種缺陷和不足。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明的電路原理框圖。附圖標(biāo)記說明1-傳感器模塊；1-1-溫度傳感器； 1-2-濕度傳感器；1-3- 二氧化硫傳感器；1-4- 二氧化碳傳感器；1-5-粉塵濃度傳感器；1-6-A/D轉(zhuǎn)換器；2-CPU處理模塊； 3_短距離無線通信模塊；4-數(shù)據(jù)存儲模塊； 5-自主定位模塊； 6-計時模塊；7-RF收發(fā)器；8-電源模塊；9_數(shù)據(jù)糾錯模塊；10-傳感器接口。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明包括由對被監(jiān)測區(qū)域空氣質(zhì)量的相關(guān)參數(shù)進行實時檢測的多個傳感器組成的傳感器模塊1、與傳感器模塊1相接的CPU處理模塊2、與CPU處理模塊2 相接且用于自動搜索鄰近無線傳感器節(jié)點的短距離無線通信模塊3、按照時間先后順序?qū)鞲衅髂K1所采集的數(shù)據(jù)與CPU處理模塊2的相關(guān)工作參數(shù)進行同步存儲并相應(yīng)建立采樣歷史記錄與工作參數(shù)日志的數(shù)據(jù)存儲模塊4、將傳感器模塊1所采集數(shù)據(jù)進行同步上傳的RF收發(fā)器7、分別與CPU處理模塊2相接相接的自主定位模塊5和計時模塊6以及為傳感器模塊1、CPU處理模塊2、短距離無線通信模塊3和RF收發(fā)器7進行供電的電源模塊8， 所述數(shù)據(jù)存儲模塊4和RF收發(fā)器7均與CPU處理模塊2相接，所述CPU處理模塊2內(nèi)部集成有對傳感器模塊1所采樣數(shù)據(jù)進行自動校驗的數(shù)據(jù)糾錯模塊9，所述CPU處理模塊2通過短距離無線通信模塊3與自動搜索到的鄰近無線傳感器節(jié)點進行雙向通信，所述傳感器模塊1、CPU處理模塊2、短距離無線通信模塊3和RF收發(fā)器7均與電源模塊8相接，且電源模塊8通過CPU處理模塊2對自主定位模塊5和計時模塊6進行供電。本實施例中，所述電源模塊8為太陽能充電電池。本實施例中，多個所述傳感器包括溫度傳感器1-1、濕度傳感器1-2、二氧化硫傳感器1-3、二氧化碳傳感器1-4和粉塵濃度傳感器1-5，所述溫度傳感器1-1、濕度傳感器 1-2、二氧化硫傳感器1-3、二氧化碳傳感器1-4和粉塵濃度傳感器1-5均通過傳感器接口 10與CPU處理模塊2相接。實際使用過程中，可以根據(jù)實際具體需要對傳感器的數(shù)量和類型進行相應(yīng)調(diào)整。因而，本發(fā)明可以實現(xiàn)多種傳感器混合應(yīng)用，即可同時接入至少六種不同種類的傳感器，CPU處理模塊2將上述傳感器所采集數(shù)據(jù)處理成統(tǒng)一的格式，便于識別和傳送。
所述溫度傳感器1-1、濕度傳感器1-2、二氧化硫傳感器1-3、二氧化碳傳感器1_4 和粉塵濃度傳感器1-5均為模擬信號傳感器且均通過A/D轉(zhuǎn)換器1-6與傳感器接口 10相接。本實施例中，所述CPU處理模塊2為芯片MCF5307。實際使用過程中，將數(shù)十個本發(fā)明安置在監(jiān)測點處，其中一個節(jié)點作為主節(jié)點，其余節(jié)點作為次級節(jié)點，啟動主節(jié)點初始化后，各節(jié)點身份識別和調(diào)試就自動進行，即可組成一個小型數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，之后系統(tǒng)主節(jié)點或近鄰接點根據(jù)默認(rèn)時間間隔轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)命令至目標(biāo)傳感器節(jié)點，目標(biāo)傳感器節(jié)點由休眠模式進入工作模式，對接收到的命令進行解析，同時與鄰接點進行通信，以生成下一級命令，以逐跳方式傳達給緊鄰的傳感器節(jié)點，保證系統(tǒng)發(fā)來的命令迅速在系統(tǒng)的整個感知節(jié)點內(nèi)傳達。目標(biāo)節(jié)點根據(jù)收到的相關(guān)命令啟動各個傳感器，各傳感器開始運行，采集模擬量或數(shù)字量空氣質(zhì)量信息，這些信息經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器1-6 處理后進入CPU處理模塊2，CPU處理模塊2再將采集到的數(shù)據(jù)組裝成通訊包經(jīng)由RF收發(fā)器7將信息通過無線網(wǎng)絡(luò)逐級上傳。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種遠(yuǎn)距離自動采樣測量空氣質(zhì)量的無線傳感器節(jié)點，其特征在于包括由對被監(jiān)測區(qū)域空氣質(zhì)量的相關(guān)參數(shù)進行實時檢測的多個傳感器組成的傳感器模塊(1)、與傳感器模塊(1)相接的CPU處理模塊O)、與CPU處理模塊( 相接且用于自動搜索鄰近無線傳感器節(jié)點的短距離無線通信模塊(3)、按照時間先后順序?qū)鞲衅髂K(1)所采集的數(shù)據(jù)與CPU處理模塊(2)的相關(guān)工作參數(shù)進行同步存儲并相應(yīng)建立采樣歷史記錄與工作參數(shù)日志的數(shù)據(jù)存儲模塊G)、將傳感器模塊(1)所采集數(shù)據(jù)進行同步上傳的RF收發(fā)器(7)、分別與CPU處理模塊( 相接相接的自主定位模塊( 和計時模塊(6)以及為傳感器模塊(1)、 CPU處理模塊O)、短距離無線通信模塊C3)和RF收發(fā)器(7)進行供電的電源模塊(8)，所述數(shù)據(jù)存儲模塊(4)和RF收發(fā)器(7)均與CPU處理模塊( 相接，所述CPU處理模塊O) 內(nèi)部集成有對傳感器模塊(1)所采樣數(shù)據(jù)進行自動校驗的數(shù)據(jù)糾錯模塊(9)，所述CPU處理模塊( 通過短距離無線通信模塊( 與自動搜索到的鄰近無線傳感器節(jié)點進行雙向通信，所述傳感器模塊(1)、CPU處理模塊( 、短距離無線通信模塊( 和RF收發(fā)器(7)均與電源模塊⑶相接，且電源模塊⑶通過CPU處理模塊⑵對自主定位模塊(5)和計時模塊(6)進行供電。
2.按照權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)距離自動采樣測量空氣質(zhì)量的無線傳感器節(jié)點，其特征在于多個所述傳感器包括溫度傳感器(1-1)、濕度傳感器(1-2)、二氧化硫傳感器(1-3)、二氧化碳傳感器(1-4)和粉塵濃度傳感器(1-5)，所述溫度傳感器(1-1)、濕度傳感器(1-2)、 二氧化硫傳感器(1- 、二氧化碳傳感器(1-4)和粉塵濃度傳感器(1- 均通過傳感器接口 (10)與CPU處理模塊(2)相接。
3.按照權(quán)利要求2所述的遠(yuǎn)距離自動采樣測量空氣質(zhì)量的無線傳感器節(jié)點，其特征在于所述溫度傳感器(1-1)、濕度傳感器(1-2)、二氧化硫傳感器(1-3)、二氧化碳傳感器 (1-4)和粉塵濃度傳感器(1- 均為模擬信號傳感器且均通過A/D轉(zhuǎn)換器(1-6)與傳感器接口 (10)相接。
4.按照權(quán)利要求1、2或3所述的遠(yuǎn)距離自動采樣測量空氣質(zhì)量的無線傳感器節(jié)點，其特征在于所述CPU處理模塊(2)為芯片MCF5307。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種遠(yuǎn)距離自動采樣測量空氣質(zhì)量的無線傳感器節(jié)點，包括傳感器模塊、CPU處理模塊、用于自動搜索鄰近無線傳感器節(jié)點并與搜索到節(jié)點進行雙向通信的短距離無線通信模塊、對傳感器模塊采集數(shù)據(jù)與CPU處理模塊的相關(guān)工作參數(shù)進行同步存儲的數(shù)據(jù)存儲模塊、將傳感器模塊所采集數(shù)據(jù)進行同步上傳的RF收發(fā)器、自主定位模塊、計時模塊和電源模塊，CPU處理模塊內(nèi)部集成有對傳感器模塊采樣數(shù)據(jù)進行自動校驗的數(shù)據(jù)糾錯模塊。本發(fā)明安裝維護方便、功耗低、信息傳送穩(wěn)定可靠且自定位能力強、通信功能強，能解決現(xiàn)有節(jié)點存在的信息采集與傳送不準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)傳輸時斷時續(xù)、節(jié)點之間通信能力差、功能單一、壽命短、不便于維護等缺陷。
文檔編號H04W84/18GK102573119SQ201010595940
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月18日
發(fā)明者吳曉華, 蒙海軍, 高濤 申請人:西安迅騰科技有限責(zé)任公司