CN102546691A - 一种基于无线传感器网络的城市环境数据采集监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线传感器网络的城市环境数据采集监控系统，包括由布设在被监测环境中的多个传感器节点和多个感知节点组成的多个无线传感器网络、将多个无线传感器节点所监测数据打包后进行上传的网关节点、与网关节点通过GPRS网络相通信的数据接收处理中心和与数据接收处理中心相接的监控中心，监控中心与互联网相接且通过GSM网络与环保管理人员的手机相接；多个无线传感器节点和多个感知节点包括分别布设在被监测环境中的气候检测传感器节点、空气质量检测传感器节点和水质检测传感器节点。本发明设计合理，运行稳定，操作控制界面直观，信息传达迅速，能以更高效的方式反映城市各区环境状况，方便管理，节省人力物力。

Description

一种基于无线传感器网络的城市环境数据采集监控系统

技术领域

本发明属于城市环境监测技术领域，尤其是涉及一种基于无线传感器网络的城市环境数据采集监控系统。

背景技术

城市是人口居住较为密集的地区，来自于工业和市民生活所带来的环境污染问题一直是各个国家和人民关注的问题。最大限度地改善城市环境质量一直是政府的一项重要工作内容与城市环境质量与各个部门密切相关。气象局的检测和预报具有整体性，不能反应出城市各区的细节；城市空气质量又与天气变化有着密切联系，因此具有易变性，人工采集城市空气质量数据往往耗时而且低效；城市河流、沟渠的水质反应了城市工业和市民生活对水环境的影响，其结果是累加现象，现有的检测方式通过传统方式采集原始数据是一件困难的工作。因而，目前城市环境质量的检测需要各个部门的通力合作和协调，需要投入大量人力物力，而往往收效甚微。为了对城市综合环境质量进行实时高效的检测，需要在市区各关键地段设置监控点，利用城市环境数据采集系统对检测的数据进行分析、处理和保存，最后提供给相关部门，为各部门改善城市环境提供依据，但目前，还没有能够综合气象检测、城市空气质量检测和城市河流水质检测为一体的这样的一套完善的系统供相关部门使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于无线传感器网络的城市环境数据采集监控系统，其运行稳定，操作控制界面简单易懂，信息传达迅速，能以更便捷更高效的方式反映城市各区环境状况，方便管理，节省人力物力。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于无线传感器网络的城市环境数据采集监控系统，其特征在于：包括由布设在被监测环境中的多个传感器节点和多个感知节点组成的多个无线传感器网络、将所述多个无线传感器节点所监测数据打包后进行上传的网关节点、与网关节点通过GPRS网络相通信的数据接收处理中心和与数据接收处理中心相接的监控中心，所述监控中心与互联网相接且通过GSM网络与环保管理人员的手机相接；所述多个无线传感器节点和多个感知节点包括分别布设在被监测环境中的用于检测局部环境条件下的小气候的气候检测传感器节点、用于检测空气质量的空气质量检测传感器节点和用于检测地表水质的水质检测传感器节点；所述感知节点通过数字接口或模拟接口与传感器节点相接，所述气候检测传感器节点与网关节点之间、空气质量检测传感器节点与网关节点之间以及水质检测传感器节点与网关节点之间均通过短距离无线通信模块进行双向通信，所述网关节点与数据接收处理中心间通过GPRS网络进行双向通信且网关节点与数据接收处理中心上均设置有GPRS无线通信模块。

上述的一种基于无线传感器网络的城市环境数据采集监控系统，其特征在于：所述短距离无线通信模块为Zigbee无线通信模块。

上述的一种基于无线传感器网络的城市环境数据采集监控系统，其特征在于：所述气候检测传感器节点包括五个传感器模块、分别与所述五个传感器模块相接的处理器模块一、与处理器模块一相接的短距离无线通信模块一以及分别为五个传感器模块、处理器模块一和短距离无线通信模块一供电的电源模块一，所述电源模块一分别与所述五个传感器模块、处理器模块一和短距离无线通信模块一相接，所述五个传感器分别为紫外线传感器模块、光强传感器模块、风力传感器模块、风向传感器模块和降雨量传感器模块，所述短距离无线通信模块一为Zigbee无线通信模块。

上述的一种基于无线传感器网络的城市环境数据采集监控系统，其特征在于：所述空气质量检测传感器节点包括三个传感器模块、分别与所述三个传感器模块相接的处理器模块二、与处理器模块二相接的短距离无线通信模块二以及分别为三个传感器模块、处理器模块二和短距离无线通信模块二供电的电源模块二，所述电源模块二分别与所述三个传感器模块、处理器模块二和短距离无线通信模块二相接，所述三个传感器分别为温度传感器模块、湿度传感器模块和有毒有害气体传感器模块，所述短距离无线通信模块二为Zigbee无线通信模块。

上述的一种基于无线传感器网络的城市环境数据采集监控系统，其特征在于：所述水质检测传感器节点包括三个传感器模块、分别与所述三个传感器模块相接的处理器模块三、与处理器模块三相接的短距离无线通信模块三以及分别为三个传感器模块、处理器模块三和短距离无线通信模块三供电的电源模块三，所述电源模块三分别与所述三个传感器模块、处理器模块三和短距离无线通信模块三相接，所述三个传感器分别为PH酸碱度传感器模块、氧含量传感器模块和重金属电化学传感器模块，所述短距离无线通信模块三为Zigbee无线通信模块。

上述的一种基于无线传感器网络的城市环境数据采集监控系统，其特征在于：所述网关节点包括处理器模块四、分别与处理器模块四相接的GPRS无线通信模块和短距离无线通信模块四以及分别为处理器模块四、GPRS无线通信模块和短距离无线通信模块四供电的电源模块四，所述电源模块四分别与处理器模块四、GPRS无线通信模块和短距离无线通信模块四相接。

上述的一种基于无线传感器网络的城市环境数据采集监控系统，其特征在于：所述数据接收处理中心为一台服务器。

本发明与现有技术相比具有以下优点：1、一个传感器节点可接入一种或多种感知节点；2、各传感器节点采用广播通信，可加快信息传播的范围和速度，传感器工作状态采用远程唤醒机制，能节省电力；3、网关节点既可以采用太阳能供电模式又可以采用市电供电模式，两种供电模式可智能切换；4、该系统将GSM网络、GPRS网络及Internet结合起来，用户通过Internet即可了解城市环境数据，方便城市环境管控和信息传递；5、可视化计算机软件，专业化的数据处理查询能力，提供强大的数据存储、分析、报表、曲线等功能，实现数据的采集、无线传输和自动分析一体化；6、处理后的结果自动接收入数据库，及时在网络上发布和更新数据，方便工作人员远程浏览。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为本发明气候检测传感器节点的结构框图。

图3为本发明空气质量检测传感器节点的结构框图。

图4为本发明水质检测传感器节点的结构框图。

图5为本发明网关节点的结构框图。

附图标记说明：

1-无线传感器网络；    1-1-无线传感器节点；    1-2-感知节点；

2-网关节点；          2-1-处理器模块四；      2-2-短距离无线通信

                                              模块四；

2-3-电源模块四；      3-数据接收处理中心；    4-监控中心；

5-互联网；            6-GSM网络；             7-环保管理人员的手

                                              机；

8-1-GPRS无线通信模    8-2-GPRS网络；          10-11-紫外线传感器

块；                                          模块；

10-12-光强传感器模    10-13-风力传感器模      10-14-风向传感器模

块；                  块；                    块；

10-15-降雨量传感器    10-2-处理器模块一；     10-3-短距离无线通信

模块；                                        模块一；

10-4-电源模块一；    11-11-温度传感器模    11-12-紫外线传感器

                     块；                  模块；

11-13-紫外线传感器   11-2-紫外线传感器模   11-3-短距离无线通信

模块；               块；                  模块二；

11-4-电源模块二；    12-11-PH酸碱度传感    12-12-氧含量传感器

                     器模块；              模块；

12-13-重金属电化学   12-2-处理器模块三；   12-3-短距离无线通信

传感器模块；                               模块三；

12-4-电源模块三。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括由布设在被监测环境中的多个传感器节点1-1和多个感知节点1-2组成的多个无线传感器网络1、将所述多个无线传感器节点1-1所监测数据打包后进行上传的网关节点2、与网关节点2通过GPRS网络9-2相通信的数据接收处理中心3和与数据接收处理中心3相接的监控中心4，所述监控中心4与互联网5相接且通过GSM网络6与环保管理人员的手机7相接；所述多个无线传感器节点1-1和多个感知节点1-2包括分别布设在被监测环境中的用于检测局部环境条件下的小气候的气候检测传感器节点、用于检测空气质量的空气质量检测传感器节点和用于检测地表水质的水质检测传感器节点；所述感知节点1-2通过数字接口或模拟接口与传感器节点1-1相接，所述气候检测传感器节点与网关节点2之间、空气质量检测传感器节点与网关节点2之间以及水质检测传感器节点与网关节点2之间均通过短距离无线通信模块进行双向通信，所述网关节点2与数据接收处理中心3间通过GPRS网络8-2进行双向通信且网关节点2与数据接收处理中心3上均设置有GPRS无线通信模块8-1。

本实施例中，所述短距离无线通信模块为Zigbee无线通信模块。

如图2所示，本实施例中，所述气候检测传感器节点包括五个传感器模块、分别与所述五个传感器模块相接的处理器模块一10-2、与处理器模块一10-2相接的短距离无线通信模块一10-3以及分别为五个传感器模块、处理器模块一10-2和短距离无线通信模块一10-3供电的电源模块一10-4，所述电源模块一10-4分别与所述五个传感器模块、处理器模块一10-2和短距离无线通信模块一10-3相接，所述五个传感器分别为紫外线传感器模块10-11、光强传感器模块10-12、风力传感器模块10-13、风向传感器模块10-14和降雨量传感器模块10-15，所述短距离无线通信模块一10-3为Zigbee无线通信模块。

如图3所示，本实施例中，所述空气质量检测传感器节点包括三个传感器模块、分别与所述三个传感器模块相接的处理器模块二11-2、与处理器模块二11-2相接的短距离无线通信模块二11-3以及分别为三个传感器模块、处理器模块二11-2和短距离无线通信模块二11-3供电的电源模块二11-4，所述电源模块二11-4分别与所述三个传感器模块、处理器模块二11-2和短距离无线通信模块二11-3相接，所述三个传感器分别为温度传感器模块11-11、湿度传感器模块11-12和有毒有害气体传感器模块11-13，所述短距离无线通信模块二11-3为Zigbee无线通信模块。

如图4所示，本实施例中，所述水质检测传感器节点包括三个传感器模块、分别与所述三个传感器模块相接的处理器模块三12-2、与处理器模块三12-2相接的短距离无线通信模块三12-3以及分别为三个传感器模块、处理器模块三12-3和短距离无线通信模块三12-3供电的电源模块三12-4，所述电源模块三12-4分别与所述三个传感器模块、处理器模块三12-2和短距离无线通信模块三12-3相接，所述三个传感器分别为PH酸碱度传感器模块12-11、氧含量传感器模块12-12和重金属电化学传感器模块12-13，所述短距离无线通信模块三12-3为Zigbee无线通信模块。

如图5所示，本实施例中，所述网关节点2包括处理器模块四2-1、分别与处理器模块四2-1相接的GPRS无线通信模块8-1和短距离无线通信模块四2-2以及分别为处理器模块四2-1、GPRS无线通信模块8-1和短距离无线通信模块四2-2供电的电源模块四2-3，所述电源模块四2-3分别与处理器模块四2-1、GPRS无线通信模块8-1和短距离无线通信模块四2-2相接。

本实施例中，所述数据接收处理中心3为一台服务器。

本发明的工作过程是：打开系统中的各检测装置，整个系统进入工作状态，网关节点2根据默认时间间隔发送数据采集命令至最近的传感器节点1-1，当节点接收到网关发送的命令后，解析命令，开始采集数据，并生成下一级命令，以逐跳方式传达给紧邻的传感器节点1-1，最终各个传感器节点1-1均收到命令并执行。感知节点1-2开始感知周围环境数据，传感器节点1-1中的处理器通过数字或模拟接口将各传感器的信息采集过来后，组装成通讯包经由短距离无线通信模块将信息通过无线网络逐级上传。信息到达网关节点2后通过GPRS网络8-2发送至数据接收处理中心3，数据接收处理中心3解析并将各类信息进行简单的内部处理后存储于各类数据库中作为原始数据。监控中心4与数据接收处理中心3直接相连，可监控系统各装置运行状态，查看各节点发来的当前信息、检索历史信息，并利用相关的应用软件系统对数据统计分析、计算生成报表，图形等，并及时将信息发布出去。此外，监控中心4内置预警软件可根据预定程序对实时数据进行初步分析，当检测到异常数据后，及时发出警报并生成相应信息，以手机短信和网络方式发布到环保管理人员的手机7和相关部门工作人员个人电脑上。本系统运行稳定，操作控制界面简单易懂，信息传达迅速，能以更便捷更高效的方式反映城市各区环境状况，方便管理，节省人力物力。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于无线传感器网络的城市环境数据采集监控系统，其特征在于：包括由布设在被监测环境中的多个传感器节点(1-1)和多个感知节点(1-2)组成的多个无线传感器网络(1)、将所述多个无线传感器节点(1-1)所监测数据打包后进行上传的网关节点(2)、与网关节点(2)通过GPRS网络(9-2)相通信的数据接收处理中心(3)和与数据接收处理中心(3)相接的监控中心(4)，所述监控中心(4)与互联网(5)相接且通过GSM网络(6)与环保管理人员的手机(7)相接；所述多个无线传感器节点(1-1)和多个感知节点(1-2)包括分别布设在被监测环境中的用于检测局部环境条件下的小气候的气候检测传感器节点、用于检测空气质量的空气质量检测传感器节点和用于检测地表水质的水质检测传感器节点；所述感知节点(1-2)通过数字接口或模拟接口与传感器节点(1-1)相接，所述气候检测传感器节点与网关节点(2)之间、空气质量检测传感器节点与网关节点(2)之间以及水质检测传感器节点与网关节点(2)之间均通过短距离无线通信模块进行双向通信，所述网关节点(2)与数据接收处理中心(3)间通过GPRS网络(8-2)进行双向通信且网关节点(2)与数据接收处理中心(3)上均设置有GPRS无线通信模块(8-1)。

2.按照权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的城市环境数据采集监控系统，其特征在于：所述短距离无线通信模块为Zigbee无线通信模块。

3.按照权利要求1或2所述的一种基于无线传感器网络的城市环境数据采集监控系统，其特征在于：所述气候检测传感器节点包括五个传感器模块、分别与所述五个传感器模块相接的处理器模块一(10-2)、与处理器模块一(10-2)相接的短距离无线通信模块一(10-3)以及分别为五个传感器模块、处理器模块一(10-2)和短距离无线通信模块一(10-3)供电的电源模块一(10-4)，所述电源模块一(10-4)分别与所述五个传感器模块、处理器模块一(10-2)和短距离无线通信模块一(10-3)相接，所述五个传感器分别为紫外线传感器模块(10-11)、光强传感器模块(10-12)、风力传感器模块(10-13)、风向传感器模块(10-14)和降雨量传感器模块(10-15)，所述短距离无线通信模块一(10-3)为Zigbee无线通信模块。

4.按照权利要求1或2所述的一种基于无线传感器网络的城市环境数据采集监控系统，其特征在于：所述空气质量检测传感器节点包括三个传感器模块、分别与所述三个传感器模块相接的处理器模块二(11-2)、与处理器模块二(11-2)相接的短距离无线通信模块二(11-3)以及分别为三个传感器模块、处理器模块二(11-2)和短距离无线通信模块二(11-3)供电的电源模块二(11-4)，所述电源模块二(11-4)分别与所述三个传感器模块、处理器模块二(11-2)和短距离无线通信模块二(11-3)相接，所述三个传感器分别为温度传感器模块(11-11)、湿度传感器模块(11-12)和有毒有害气体传感器模块(11-13)，所述短距离无线通信模块二(11-3)为Zigbee无线通信模块。

5.按照权利要求1或2所述的一种基于无线传感器网络的城市环境数据采集监控系统，其特征在于：所述水质检测传感器节点包括三个传感器模块、分别与所述三个传感器模块相接的处理器模块三(12-2)、与处理器模块三(12-2)相接的短距离无线通信模块三(12-3)以及分别为三个传感器模块、处理器模块三(12-3)和短距离无线通信模块三(12-3)供电的电源模块三(12-4)，所述电源模块三(12-4)分别与所述三个传感器模块、处理器模块三(12-2)和短距离无线通信模块三(12-3)相接，所述三个传感器分别为PH酸碱度传感器模块(12-11)、氧含量传感器模块(12-12)和重金属电化学传感器模块(12-13)，所述短距离无线通信模块三(12-3)为Zigbee无线通信模块。

6.按照权利要求1或2所述的一种基于无线传感器网络的城市环境数据采集监控系统，其特征在于：所述网关节点(2)包括处理器模块四(2-1)、分别与处理器模块四(2-1)相接的GPRS无线通信模块(8-1)和短距离无线通信模块四(2-2)以及分别为处理器模块四(2-1)、GPRS无线通信模块(8-1)和短距离无线通信模块四(2-2)供电的电源模块四(2-3)，所述电源模块四(2-3)分别与处理器模块四(2-1)、GPRS无线通信模块(8-1)和短距离无线通信模块四(2-2)相接。

7.按照权利要求1或2所述的一种基于无线传感器网络的城市环境数据采集监控系统，其特征在于：所述数据接收处理中心(3)为一台服务器。

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