CN113655508A - 一种无人值守的传感器节点辅助布放装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无人值守的传感器节点辅助布放装置及方法，所述辅助布放装置由手持终端和智能测量仪组成，所述智能测量仪中设有供电电源、微处理器以及与所述微处理器电性连接的若干功能模块，所述功能模块包括BD/GPS导航模块、高精度电子罗盘、时钟日历模块和蓝牙通信模块；所述方法通过上述辅助布放装置实现。本发明的辅助布放装置能准确获取节点的位置参数，且不必为各个节点配置BD/GPS导航模块和电子罗盘，减小了节点的体积和重量，同时降低了节点的造价。

Description

一种无人值守的传感器节点辅助布放装置及方法
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种无人值守的传感器节点辅助布放装置及方法。
背景技术
近三十年来，国内外陆续研发出了多种具有无线组网功能的震动传感器节点、震动-声音传感器节点、震动-磁传感器节点、震动-声音-磁传感器节点以及微波雷达和微波雷达-摄像机节点，用于探测人和车辆等入侵目标，这些节点统称为无线传感器网络(WSN)节点，也称为无人值守地面传感器(T-UGS)节点。其中，被动式传感器节点(震动传感器、磁传感器和声传感器)一般都安装有BD/GPS导航模块；主动式传感器节点(微波雷达、摄像机)则安装有BD/GPS导航模块和电子罗盘。
然而，对于手工布放的T-UGS节点，其经纬度和方位角是不发生变化的，除非人为移动或旋转节点，故在T-UGS节点上安装BD/GPS导航模块和电子罗盘来实时测量节点的经纬度/方位角的方案造价昂贵且不实用；此外，被动式传感器节点通常是布放在隐蔽处，有可能因周围物体遮挡而无法获取经纬度信息。显然，目前的在节点上安装BD/GPS导航模块的方案不能满足获取T-UGS节点经纬度信息的要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种无人值守的传感器节点辅助布放装置及方法。
本发明采用以下技术方案：
一种无人值守的传感器节点辅助布放装置，所述辅助布放装置由手持终端和智能测量仪组成，所述智能测量仪中设有供电电源、微处理器以及与所述微处理器电性连接的若干功能模块，所述功能模块包括BD/GPS导航模块、高精度电子罗盘、时钟日历模块和蓝牙通信模块；
所述BD/GPS导航模块用于测量所述传感器节点所在位置的经纬度以及输出1PPS脉冲用于校准所述时钟日历模块的时间；所述高精度电子罗盘用于测量所述传感器节点的方位角；所述时钟日历模块为所述传感器节点提供基准时间；所述蓝牙通信模块用于实现所述智能测量仪与手持终端之间的双向通信。
进一步地，所述供电电源采用锂电池和太阳能电池板混合供电，所述供电电源采用PMOS管电子开关控制所述智能测量仪中各功能模块的电源的开启或关闭。
进一步地，所述BD/GPS导航模块采用-165dBm的超高灵敏度BD/GPS模块。
进一步地，所述微处理器上设有MicroUSB接口，所述MicroUSB接口用于实现所述智能测量仪与手持终端之间的双向通信。
进一步地，所述微处理器上还设有SWJ端口，所述SWJ端口用于所述微处理器系统应用程序的开发与调试。
进一步地，所述功能模块还包括电磁蜂鸣器，所述电磁蜂鸣器用于指示所述智能测量仪和手持终端之间的通信状态。
进一步地，所述功能模块还包括电池电量检测器，所述电池电量检测器用于实时监测电池的电量。
进一步地，所述手持终端为平板电脑。
一种无人值守的传感器节点辅助布放方法，其该方法采用上述所述的辅助布放装置实现，包括如下步骤：
S1、手持终端获取所述传感器节点的ID号；
S2、智能测量仪测得所述传感器节点的经纬度、方位角和日历时钟参数，手持终端通过蓝牙通信模块或MicroUSB接口获取所述智能测量仪测得经纬度、方位角和日历时钟参数；
S3、所述手持终端将经纬度、方位角和日历时钟参数传入所述传感器节点；
S4、所述手持终端根据所述传感器节点的ID号和经纬度生成WSN列表。
进一步地，所述WSN列表可存入所述传感器节点的内存中。
采用上述技术方案后，本发明与背景技术相比，具有如下优点：
1、本发明由手持终端和智能测量仪组成的辅助布放装置，其中，智能测量仪是由微处理器系统、高灵敏度BD/GPS导航模块(天线与模块一体化)、高精度电子罗盘、蓝牙通信模块及其他功能模块构成的，在手工布放节点时，利用手持终端获取节点的ID号、利用智能测量仪获取节点的经纬度、方位角和日历时钟参数，然后由手持终端输入至节点，并自动生成基于该节点的WSN列表，这样，在保证每个节点的位置和指向性都是已知的情况下，不必为各个节点配置BD/GPS导航模块和电子罗盘，不仅减小了节点的体积和重量，而且降低了节点的造价，同时还附带生成了基于节点的WSN表格(ID号和经纬度)，将该WSN列表存入节点(包括基站节点和中继节点)的内存中，就可自动生成WSN“拓扑图”，为实现节点之间的自组网通信提供“拓扑图”，从而避免采用既耗时又耗电的WSN自组网算法；
2、采用商业化平板电脑作为手持终端，充分利用平板电脑的软硬件资源(包括地理信息系统GIS资源)，可实现节点布放装置的快速成型；
3、采用超高灵敏度(-165dBm)的BD/GPS模块作为传感器，即便在城市“峡谷”(建筑物遮挡)和浓密树叶环境下，也能准确获取节点的位置参数；
4、采用可开启/关断电源为传感器和其他功能模块供电，可实现传感器和各个功能模块的分时运行，进而降低智能测量仪的功耗；
5、采用电磁蜂鸣器指示智能测量仪与手持终端的通信状态，可加快节点的布放速度。
附图说明
图1为本发明的智能测量仪的系统结构图；
图2为本发明的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
一种无人值守的传感器节点辅助布放装置，其特征在于：所述辅助布放装置由手持终端和智能测量仪组成，如图1所示，所述智能测量仪中设有供电电源、微处理器以及与所述微处理器电性连接的若干功能模块，所述功能模块包括BD/GPS导航模块、高精度电子罗盘、时钟日历模块和蓝牙通信模块；所述BD/GPS导航模块采用-165dBm的超高灵敏度BD/GPS模块(北斗/GPS导航模块)。
所述BD/GPS导航模块用于测量所述传感器节点所在位置的经纬度以及输出1PPS脉冲用于校准所述时钟日历模块的时间；所述高精度电子罗盘用于测量所述传感器节点的方位角；所述时钟日历模块为所述传感器节点提供基准时间；所述蓝牙通信模块用于实现所述智能测量仪与手持终端之间的双向通信。
所述供电电源采用锂电池和太阳能电池板混合供电，所述供电电源采用PMOS管电子开关控制所述智能测量仪中各功能模块的电源的开启或关闭。智能测量仪中的传感器和其他功能模块的电源都是可控的，可根据实际需要开启/关闭相应的供电电源；微处理器和蓝牙通信模块均采用休眠-唤醒工作模式。
所述微处理器上设有MicroUSB接口，所述MicroUSB接口用于实现所述智能测量仪与手持终端之间的双向通信。
所述微处理器上还设有SWJ端口，所述SWJ端口用于所述微处理器系统应用程序的开发与调试。
所述功能模块还包括电磁蜂鸣器和电池电量检测器，所述电磁蜂鸣器用于指示所述智能测量仪和手持终端之间的通信状态；所述电池电量检测器用于实时监测电池的电量。
本实施例的节点布放装置中智能测量仪的基本配置如下：
(1)超高灵敏度BD/GPS导航模块、高精度电子罗盘和时钟日历模块；
(2)BLE4.2/5.0蓝牙模块，PCB天线；
(3)可实现AES128或256位加密；
(4)1个USB接口；
(5)动圈式蜂鸣器；
(6)3.7V/5.2Ah锂电池供电(有效工作时间大于30天)；
(7)100×60×50mm(可定制)；重量：350g(可定制)；
(8)工作温度：-25℃～65℃；
(9)防护等级：IP67。
在野外无人值守安防/警戒系统中，通过增设本实施例的辅助布放装置，省去在T-UGS节点中配置定位/定向传感器，不但减小了T-UGS节点的体积与重量，而且降低了T-UGS节点的造价，同时也便于实现T-UGS节点的时间同步与自组网。
实施例二
如图2所示，一种无人值守的传感器节点辅助布放方法，该方法采用如实施例一中所述的辅助布放装置实现，包括如下步骤：
S1、手持终端获取所述传感器节点的ID号；
S2、智能测量仪测得所述传感器节点的经纬度、方位角和日历时钟参数，手持终端通过蓝牙通信模块或MicroUSB接口获取所述智能测量仪测得经纬度、方位角和日历时钟参数；可以通过在所述传感器节点的外壳上刻上指向正前方的箭头或“瞄准线沟槽”，以便于利用智能测量仪来测量节点的方位角；
S3、所述手持终端将经纬度、方位角和日历时钟参数传入所述传感器节点；
S4、所述手持终端根据所述传感器节点的ID号和经纬度生成WSN列表；所述WSN列表可存入所述传感器节点的内存中。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种无人值守的传感器节点辅助布放装置，其特征在于：所述辅助布放装置由手持终端和智能测量仪组成，所述智能测量仪中设有供电电源、微处理器以及与所述微处理器电性连接的若干功能模块，所述功能模块包括BD/GPS导航模块、高精度电子罗盘、时钟日历模块和蓝牙通信模块；
所述BD/GPS导航模块用于测量所述传感器节点所在位置的经纬度以及输出1PPS脉冲用于校准所述时钟日历模块的时间；所述高精度电子罗盘用于测量所述传感器节点的方位角；所述时钟日历模块为所述传感器节点提供基准时间；所述蓝牙通信模块用于实现所述智能测量仪与手持终端之间的双向通信。
2.如权利要求1所述的一种无人值守的传感器节点辅助布放装置，其特征在于：所述供电电源采用锂电池和太阳能电池板混合供电，所述供电电源采用PMOS管电子开关控制所述智能测量仪中各功能模块的电源的开启或关闭。
3.如权利要求2所述的一种无人值守的传感器节点辅助布放装置，其特征在于：所述BD/GPS导航模块采用-165dBm的超高灵敏度BD/GPS模块。
4.如权利要求2所述的一种无人值守的传感器节点辅助布放装置，其特征在于：所述微处理器上设有Micro USB接口，所述Micro USB接口用于实现所述智能测量仪与手持终端之间的双向通信。
5.如权利要求4所述的一种无人值守的传感器节点辅助布放装置，其特征在于：所述微处理器上还设有SWJ端口，所述SWJ端口用于所述微处理器系统应用程序的开发与调试。
6.如权利要求1所述的一种无人值守的传感器节点辅助布放装置，其特征在于：所述功能模块还包括电磁蜂鸣器，所述电磁蜂鸣器用于指示所述智能测量仪和手持终端之间的通信状态。
7.如权利要求1所述的一种无人值守的传感器节点辅助布放装置，其特征在于：所述功能模块还包括电池电量检测器，所述电池电量检测器用于实时监测电池的电量。
8.如权利要求1所述的一种无人值守的传感器节点辅助布放装置，其特征在于：所述手持终端为平板电脑。
9.一种无人值守的传感器节点辅助布放方法，其特征在于：该方法采用如权利要求1至8任一项所述的辅助布放装置实现，包括如下步骤：
S1、手持终端获取所述传感器节点的ID号；
S2、智能测量仪测得所述传感器节点的经纬度、方位角和日历时钟参数，手持终端通过蓝牙通信模块或Micro USB接口获取所述智能测量仪测得经纬度、方位角和日历时钟参数；
S3、所述手持终端将经纬度、方位角和日历时钟参数传入所述传感器节点；
S4、所述手持终端根据所述传感器节点的ID号和经纬度生成WSN列表。
10.如权利要求9所述的一种无人值守的传感器节点辅助布放方法，其特征在于：所述WSN列表可存入所述传感器节点的内存中。
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