CN101873349A - 无线传感器网络的多节点在环境中实时能量消耗监测系统 - Google Patents

无线传感器网络的多节点在环境中实时能量消耗监测系统 Download PDF

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Abstract

一种无线传感器网络的多节点在环境中实时能量消耗监测系统，以WiFi网络作为系统的网络连接，包括：无线传感器节点(5)，能耗测量装置(4)，无线路由器(3)，数据服务器(2)；用户(1)通过因特网访问系统数据服务器(2)，数据服务器与无线路由器相连，无线传感器节点的能耗由测量装置采集，并通过WiFi接口发送到无线路由器。本系统的效果是：小体积、可移动，便于接入无线传感器网络、对节点工作无干扰。可测量无线传感器网络中节点在实际环境工作时的能耗。

Description

无线传感器网络的多节点在环境中实时能量消耗监测系统
技术领域
本发明涉及一种无线传感器网络的多节点在环境中实时能量消耗监测系统，尤其是一种面向低功耗无线传感器网络节点实时能耗检测的数据采集系统。
背景技术
无线传感器网络是由多个传感器节点布置于环境中实现监测环境的，目前在低功耗设计时主要以靠仿真为技术手段，这样的估计不可靠，无法反应实际环境中各种因素对能耗的影响。因此在设计之初，就需要考虑能在实际环境监测节点实时能耗。随着电子技术、微电子机械系统(MEMS)技术、无线通讯技术的发展，无线传感器网络的节点越多，体积越小，对其能耗的监测就越困难，结果出现各种各样的传感器节点没有统一的技术标准衡量其性能指标。传统的仿真或者有线网络方式都不能很好的满足对无线传感器网络的实时在环境能耗监测。对于实际能耗数据采集问题，需要有一套能随节点布置到实际环境中的系统。
发明内容
为了克服以上所述的不足，本发明的目的旨在提供一种具有可扩展性、移动便携、组态灵活，通用性好、工作效率高、安全可靠、能跟随被测无线传感器网络布置的、实时能耗监测系统，其可实现实时的采集无线传感器节点的能耗数据，且具有远程查看记录数据的功能。
为了实现上述目的，本发明采用了下述技术方案：
一种无线传感器网络的多节点在环境中实时能量消耗监测系统，以能耗测量装置为核心，以WiFi网络作为系统的网络连接，包括：无线传感器节点，能耗测量装置，无线路由器，和数据服务器；用户可通过因特网访问系统数据服务器，数据服务器与无线路由器相连，无线传感器节点的能耗由能耗测量装置采集，并通过WiFi接口发送到无线路由器。
能耗测量装置以单片机为核心，主要包括测量、处理、和无线传输三部分。
与现有的技术相比，本发明有以下的优点：
1.系统可实现多节点的在环境测量。本系统是基于微电子机械系统(MEMS)技术设计的，测量装置体积小、移动便携、电池供电，可随节点一起布置在实际环境中。
2.安全可靠。本发明以无线网络的方式连接，节点之间互相影响小，一旦有出现故障，或者能量耗尽的节点，不会对网络造成影响。同时因为采用了无线网络的方式，测量数据直接通过无线路由器输送到数据服务器，大大减少了中间环节和有线电缆，从而减少了如插件漏水
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图。
图2是本发明的能耗测量装置结构示意图。
图3是本发明的能耗测量装置单片机软件流程图
具体实施方式
下面结合附图和实施方法对本发明做进一步详细说明：
本发明的无线传感器网络的多节点在环境中实时能量消耗监测系统结构如图1所示，采用能耗测量装置为核心，WiFi网络作为系统的网络连接，硬件由多个无线传感器节点5、多个能耗测量装置4、无线路由器3、数据服务器2组成，其中能耗测量装置4(见图2)包括单片机4-1，高精度模数转换电路4-2，无线数据传输模块4-5，以及与高精度模数转换电路4-2相连的电流测量电路4-3；通过节点的电流6和电压7分别被采集。电流6的信息由电流测量电路4-3转换为电压值，然后经过高精度模数转换电路4-2转化为数字量输出到单片机4-1；电压则由单片机内置的模数转换电路采集；能耗测量装置以及所有的无线传感器网络节点都通过WiFi连接在一起，构成WiFi网络。软件由能耗测量装置的单片机程序组成，其程序包括数据采集程序、网络通信程序组成，用户1接口库采用标准数据库查询的方式提供给用户编制的上层控制软件调用。
数据服务器采用的操作系统为Linux，安装MYSQL数据库，并配置为数据库服务器。单片机程序采用C语言编制，存储在其内部的非易失性存储器中。
如图1所示，无线传感器节点5连接到能耗测量装置4的电源探测接口上，各个能耗测量装向无线路由器3发送测量数据，互相之间没有通信。无线路由器3主要负责从各个单片机节点4-1收集测量数据，将数据上传到数据服务器2等任务。WiFi通信速率最大为54Mbit/s，实现高速的数据传输；各能耗测量装置的单片机通过WiFi驱动芯片连接到网络上。
图2所示的能耗监测装置4，包括：单片机4-1，以单片机为中心连接的直流电源驱动装置，高精度模数转换电路4-2，无线数据传输模块4-5，以及与高精度模数转换电路4-2相连的电流测量电路4-3。通过负载8的电流6和电压7分别被采集。电流6的信息由电流测量电路4-3转换为电压值，然后经过模数转换电路4-2转化为数字量输出到单片机4-1。电压7则由单片机4-1内置的模数转换电路采集。
其中，所述的无线传感器节点属于被测量的负载，由能耗测量装置测量。能耗测量装置单片机程序采用C语言编制，汇编后储存在单片机的电可擦除存储器里，上电后自动运行，然后根据设定的采样频率，进行采集电压、电流信息的操作。根据任务的不同，程序中执行的命令不同，每个单片机程序结构基本一样，如图3所示，具体流程为：程序运行时先执行初始化，然后等待定时器中断，在中断中读取数据，无线路由器根据接收的命令进行执行，并向数据服务器发送数据。
所述服务器小体积工控机，如STD.PC/104工控机等。无线传感器节点器以及无线路由器、外围电路接口插件和芯片皆为现有电子技术，单片机可以采用AVR系列等常规单片机实现。
总之，本发明以网络的形式把无线传感器网络的多节点连接起来，实现实时能耗监测，从而满足多节点在环境的能耗测量需求，系统效率提高；一旦单个节点和测量装置出现故障，不会影响到整个网络的工作，因此系统的可靠性高；它具有开放式的架构，可任意增加或减少所携带的传感器节点，不会造成系统硬件线路的大幅改动，同时它还可以减少环境的影响，如减少电缆接触不良或电缆接头漏水的概率。

Claims (6)

1.一种无线传感器网络的多节点在环境中实时能量消耗监测系统，其特征在于，以WiFi网络作为系统的网络连接，包括：无线传感器节点(5)，能耗测量装置(4)，无线路由器(3)，数据服务器(2)；用户(1)通过因特网访问系统数据服务器(2)，数据服务器与无线路由器相连，无线传感器节点的能耗由能耗测量装置采集，并通过WiFi接口发送到无线路由器。
2.根据权利要求1所述的无线传感器网络的多节点在环境中实时能量消耗监测系统，其特征在于，其测量对象为无线传感器节点(5)。
3.根据权利要求1所述的无线传感器网络的多节点在环境中实时能量消耗监测系统，其特征在于，所述的能耗测量装置(4)采用ADI公司的电流感应放大器。
4.根据权利要求1所述的无线传感器网络的多节点在环境中实时能量消耗监测系统，其特征在于，所述的能耗测量装置(4)采集负载的电流和电压信息，并通过WiFi接口发送到无线路由器(3)。
5.根据权利要求1所述的无线传感器网络的多节点在环境中实时能量消耗监测系统，其特征在于，采集到的能耗信息存储在数据服务器(2)上，并且能够通过因特网提供远程查询。
6.根据权利要求1所述的无线传感器网络的多节点在环境中实时能量消耗监测系统，其特征在于，所述的系统或由电池供电，随无线传感器网络节点布置在实际环境中，进行对环境实时能耗监测。
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