CN104639589A - 一种基于物联网的无源传感器网络 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提出一种基于物联网的无源传感器网络，包括中继监控平台、远程监控平台以及，带有传感器的无源通信装置，所述带有传感器的无源通信装置利用环境电磁波将传感器信息发送到中继监控平台，由中继监控平台汇聚后发送到远程监控平台。本发明实施例提供的一种基于物联网的无源传感器网络，所设置的带有传感器的无源信息发送装置从周围环境中的无线电波获取能量，并利用该能量实现信息的发送，从而可实现无源信息发送，构成了一个无源的传感器网络，可在极端条件下实现长期观测和监控的需要。

Description

一种基于物联网的无源传感器网络

技术领域

本发明涉及物联网技术，尤其是一种基于无源通信装置的无源传感器网络。

背景技术

人们日常使用到的电子产品，都是需要消耗电能的，例如手机，如果没有电源或电源耗尽，则无法进行任何工作，尤其是，在某些情况下，我们需要一些长期运行的电子设备，例如进行长时间的监测等，一方面，需要电能来满足设备本身元器件的运行，另一方面，随着物联网的发展，物体之间的信息交互也需要电能的支持。

其实，我们生活的环境中充满了各种能量，例如太阳能，已经有不少厂商开发出利用太阳能来为电子产品提供续航的设备，太阳能无疑是一种清洁的能源，但是，太阳能的获取并不是可靠的，并且，太阳能板的小型化和效率仍然是一个比较大的技术瓶颈。

另外，还有一种技术，利用声波进行发电，例如在高速路的两旁安装隔音墙的同时，将声音收集起来，并用于对压电材料做功，产生电能可以供路边的路灯使用，这项技术是非常好的，但是依赖于声源，如果是在比较安静的地方，是无法使用的。

然而，开始有人对身边几乎无处不在的无线电波发电进行了研究，并成功利用的无线电波获取到微量的电流，这些无线电波包括电视信号、手机信号、WIFI信号等等的人工发射无线电波，均可以实现对其进行捕获并获取能量，但是这些电流较为微弱，暂时无法实现有效的充电效果。

但是，在某些极端条件下，如求救或长期不设监控等需要进行信息的发送时，假如没有电源或者电源耗尽的情况下，我们需要一种无源的信息发送装置和方法，能够实现在没有电源的情况下，持续的往外界发送信息。

发明内容

本发明实施例提出一种基于物联网的无源传感器网络，包括中继监控平台、远程监控平台以及，带有传感器的无源通信装置，所述带有传感器的无源通信装置利用环境电磁波将传感器信息发送到中继监控平台，由中继监控平台汇聚后发送到远程监控平台。

更进一步，所述带有传感器的无源通信装置包括传感器单元、天线单元，以及与天线单元连接的控制单元，所述控制单元包括背景信号捕获模块，信号发射模块、信号接收模块以及逻辑控制模块；所述背景信号捕获模块将天线单元捕获到的背景无线信号的能量转为电能，为所述逻辑控制模块提供能量，所述逻辑控制模块将所述传感器信息进行编码后经由所述信号发射模块发送出去，所述信号接收模块用于接收其他无源通信装置发送过来的信号，并传输到所述逻辑控制模块解码和输出。

更进一步，所述带有传感器的无源通信装置包括传感器单元、天线单元，以及与天线单元连接的控制单元，所述控制单元包括背景信号捕获模块，信号发射模块以及逻辑控制模块；所述背景信号捕获模块将天线单元捕获到的背景无线信号的能量转为电能，为所述逻辑控制模块提供能量，所述逻辑控制模块将所述传感器信息进行编码后经由所述信号发射模块发送出去。

更进一步，所述无源通信装置还包括信号指示灯，当所述逻辑控制模块处于工作时进行闪烁。

更进一步，所述编码和解码采用摩尔斯电码。

更进一步，所述天线单元为偶极子天线。

本发明实施例提供的一种基于物联网的无源传感器网络，所设置的带有传感器的无源信息发送装置从周围环境中的无线电波获取能量，并利用该能量实现信息的发送，从而可实现无源信息发送，构成了一个无源的传感器网络，可在极端条件下实现长期观测和监控的需要。

附图说明

图1-1展示基于无源通信装置的一种结构图；

图1-2展示基于无源通信装置的另一种结构图

图2展示基于无源通信方法流程图；

图3展示基于无源通信方法各单元之间关联示意图；

图4是基于物联网的无源传感网络构成示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，本发明实例在附图中示出，尽管将结合这些实施例来描述本发明，应该理解其并非要将本发明限制为这些实施例。相反，本发明意欲覆盖可包括在所附权利要求所限定的精神和范围内的替换、修改和等效形式。另外，在对本发明实施例的以下详述中，提出了很多具体细节以使本发明得到彻底理解。然而，本领域普通技术人员将认识到，没有这些具体细节也可实施本发明。在其它实例中，为了不必要地模糊本发明的方面，未详细描述公知的方法、过程、部件和电路。       　　

以下详细描述的一些部分是按照过程、步骤、逻辑块、处理及对可在计算机存储器上执行的数据位的操作的其它符号表示来提出的。这些描述和表示是数据处理领域的技术人员所使用的、为了将其工作的实质最有效地传达给该领域其它技术人员的手段。这里，过程、计算机执行的步骤、逻辑块、进程等通常设想为导致期望结果的步骤或指令的自洽序列。所述步骤是需要对物理量的物理操纵的步骤。通常，尽管不必要，这些量采用能够在计算机系统中存储、传递、组合、比较或另外操纵的电或磁信号的形式。已经证明，主要是为了公共使用的原因，将这些信号称作位、值、元素、符号、字符、项目、数字等有时是方便的。       　　

然而，应牢记的是，所有这些和相似的术语应与适当的物理量相关联并且仅仅是适用于这些量的方便标记。除非特别指明，否则如以下描述中所显而易见的，应理解在整个本发明中，讨论所用的术语，如“关联”或“识别”或“再现”或“需要”或“确定”或“重复”或“执行”或“检测”或“引导”等，指的是电子系统或类似电子计算设备的动作和过程，其将电子设备的寄存器和存储器内的表示为物理(电子)量的数据操纵和变换成电子设备存储器或寄存器或者其它这样的信息存储、传输或显示设备内的类似地表示为物理量的其它数据。 

随着技术的发展，人类向环境中播发着各种各样的无线电磁波辐射，例如无线电视信号、无线通信信号、无线广播信号等等，这些无线电磁波辐射充盈了我们身边的环境，但是却未被眼睛所看见。

很早就有人开始利用这些无线电磁波提供能量和实现功能，例如，矿石收音机，即不使用电源，电路里只有一个半导体元件的收音机，可以实现接收无线广播信号并还原播放出来。随着技术的发展，还出现了可以对无线电视信号、无线通信信号进行捕获和截取能量的方式。 

本发明所述的基于无源通信装置，就是基于环境中背景无线信号，如电视、广播、WIFI等信号的能量获取和信息发送的装置。

图1-1说明根据本发明的一种例示性实施例的展示基于无源通信装置结构图。

图1-1中，表示了基于无源通信装置包括充控制单元100和天线单元200，所述天线单元200实现信号的感应、捕获、接收和发送，所述控制单元100包括背景信号捕获模块101、信号接收模块102、信号发送模块103以及逻辑控制模块104。

所述背景信号捕获模块101，对天线单元200探测和输入的无线电磁波信号进行捕获和能量转换，为了区分这种输入的无线电磁波信号，将其命名为背景信号，背景信号可以是无线电视信号、无线广播信号以及无线通信信号，取决于天线单元200以及背景信号捕获模块101的处理类型，背景信号捕获模块101将无线电磁波信号转换为电能后，提供到所述逻辑控制模块104。

所述逻辑控制模块104是一个微功耗装置，在控制电路中可预设需要发送的信息，例如求救信号，或者读取传感器信号，如温度传感器的温度信息，将其通过编码调制成需要发送的信息。编码可以采用例如摩尔斯编码方式。所述逻辑控制模块104将经过编码的信息传输到信号发送模块103.

所述信号发送模块103与天线单元200相连接，并采用天线单元200相同的信号类型将编码信息发送出去。

所述信号接收模块102，可将天线单元200探测到的无线电磁波信号中除去背景信号以外的信号的编码信息接收到，即，信号接收模块是负责接收另外一个基于无源通信装置发送的编码信号。所述信号接收模块102将接收到的编码信号传输到逻辑控制模块104，解码后获得原始发送信息。

图1-2说明根据本发明的另一种例示性实施例的展示基于无源通信装置结构图。

图1-2中，表示了基于无源通信装置包括充控制单元100和天线单元200，所述天线单元200实现信号的感应、捕获、接收和发送，所述控制单元100包括背景信号捕获模块101、信号接收模块102、信号发送模块103、逻辑控制模块104、输出模块105以及输入模块106。

所述背景信号捕获模块101，对天线单元200探测和输入的无线电磁波信号进行捕获和能量转换，为了区分这种输入的无线电磁波信号，将其命名为背景信号，背景信号可以是无线电视信号、无线广播信号以及无线通信信号，取决于天线单元200以及背景信号捕获模块101的处理类型，背景信号捕获模块101将无线电磁波信号转换为电能后，提供到所述逻辑控制模块104。

所述逻辑控制模块104是一个微功耗装置，在控制电路中可预设需要发送的信息，例如求救信号，或者读取传感器信号，如温度传感器的温度信息，又或者通过输入模块106输入的信息等，将其通过编码调制成需要发送的信息。编码可以采用例如摩尔斯编码方式。所述逻辑控制模块104将经过编码的信息传输到信号发送模块103。所述逻辑控制模块104工作时，可以将其通过状态通过指示灯的形式输出显示。

所述信号发送模块103与天线单元200相连接，并采用天线单元200相同的信号类型将编码信息发送出去。

所述信号接收模块102，可将天线单元200探测到的无线电磁波信号中除去背景信号以外的信号的编码信息接收到，即，信号接收模块是负责接收另外一个基于无源通信装置发送的编码信号。所述信号接收模块102将接收到的编码信号传输到逻辑控制模块104，解码后获得原始发送信息。

解码后获得的原始发送信息可以通过所述输出模块105输出，输出方式可以采用直接显示或闪烁灯光编码显示等方式。

如图2所示，是本发明展示基于无源通信方法流程图：

201，天线单元200感应背景信号，并捕获。

202，背景信号捕获模块101将背景信号中无线电磁波的能量转换为电能，并提供到逻辑控制模块104。

203，逻辑控制模块104根据需要发送的信息内容进行编码，获得需要发送的编码信息。

204，编码信息通过天线电源200再发送出去。

205，另一个基于无源通信装置的天线单元200感应并捕获背景无线信号。

206，背景信号捕获模块101将背景信号中无线电磁波的能量转换为电能，并提供到逻辑控制模块104。

207，天线单元200接收其他基于无源通信装置发出的编码信息，并提供到逻辑控制模块104进行解码。

208，输出解码后的信息。

图3展示基于无源通信方法各单元之间关联示意图：

301，无线信号发射塔，例如电视信号发射塔、广播发射塔等，所述无线信号发射塔向外发送无线电磁波信号303。

302，为图1-1或图1-2所示的基于无源通信装置，为了区分，标注为A装置和B装置，A、B装置都可以从无线电磁波信号303中获取能量，且A装置设置了发送模式，将信息经过编码后的编码信息304发送出去，而编码信息304能够被B装置所接收，并解码还原信息。

图4是基于物联网的无源传感网络构成示意图：

400，由若干个带有传感器的无源通信装置401组成，为了区分，分别标注为A、B、C、D、E等等，这些带有传感器的无源通信装置401可以带有各种传感器，例如温度传感器、湿度传感器、震动传感器、距离传感器等等，依据不同监测用途，配置不同的传感器。基于无源通信装置401可以基于不同的载体上，例如依附在建筑物上，或者家庭用品上，根据依附载体的不同，从而构成一个不同空间分布的传感器网络。

需要指出的是，图4中带有传感器的无源通信装置401可以是参照图1-1或图1-2所述的结构，优选的，也可以是在图1-1或图1-2基础上，去掉信号接收模块102，这样设置的带有传感器的无源通信装置401不具备接收信息的功能，只需要具备发送信息功能，并且该发送信息能够被中继监控平台402所接收即可，可进一步减少无源通信装置401的结构，降低成本。

每一个带有传感器的无源通信装置401都能够将预设的信息或者传感器获得的信息通过天线发送出去，而这些信息都可以被具有同样天线的中继控制平台402所捕获，所述中继控制平台402可以是一个包含如带有传感器的无源通信装置401结构的一个带有供电电源的中继平台，负责收集传感器网络中各个带有传感器的无源通信装置401节点发送出来的信息，可以进行初步处理后，再通过有线或无线的方式发送到指定的远程监控平台403，从而使得所布设的整个传感器网络数据能够汇聚到远程监控平台403，实现监控和分析。

根据图4所公开的无源传感器网络，本发明还提供另一种实施例：建筑物监测系统，即，将带有距离和/或震动传感器的基于无源通信装置401布设在建筑上，可以布设在例如建筑物的承重支点，受力点和其他需要监控的关键点。

所述带有距离和/或震动传感器的基于无源通信装置401布设后形成一张对所述建筑物总体情况的监测网络，尤其是，距离传感器用于监测邻近其他通信装置401之间的距离，如果距离变化超过一定的阈值，例如1厘米，则可以判定建筑物局部或整体发生了较大形变。使用震动传感器获得的震动信息，如果超过一定的阈值，如5厘米，可以判断该建筑物处于非正常状态，该设置可以用于对大桥的形变监测。

所述监测网络将监测信息实时发送到中继监控平台，再由中继监控平台传输到远程监控平台，实现远程监控。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于物联网的无源传感器网络，包括中继监控平台、远程监控平台以及，带有传感器的无源通信装置，所述带有传感器的无源通信装置利用环境电磁波将传感器信息发送到中继监控平台，由中继监控平台汇聚后发送到远程监控平台。

2.如权利要求1所述的基于物联网的无源传感器网络，其特征在于，所述带有传感器的无源通信装置包括传感器单元、天线单元，以及与天线单元连接的控制单元，所述控制单元包括背景信号捕获模块，信号发射模块、信号接收模块以及逻辑控制模块；所述背景信号捕获模块将天线单元捕获到的背景无线信号的能量转为电能，为所述逻辑控制模块提供能量，所述逻辑控制模块将所述传感器信息进行编码后经由所述信号发射模块发送出去，所述信号接收模块用于接收其他无源通信装置发送过来的信号，并传输到所述逻辑控制模块解码和输出。

3.如权利要求1所述的基于物联网的无源传感器网络，其特征在于，所述带有传感器的无源通信装置包括传感器单元、天线单元，以及与天线单元连接的控制单元，所述控制单元包括背景信号捕获模块，信号发射模块以及逻辑控制模块；所述背景信号捕获模块将天线单元捕获到的背景无线信号的能量转为电能，为所述逻辑控制模块提供能量，所述逻辑控制模块将所述传感器信息进行编码后经由所述信号发射模块发送出去。

4.如权利要求2或3所述的基于物联网的无源传感器网络，其特征在于，所述无源通信装置还包括信号指示灯，当所述逻辑控制模块处于工作时进行闪烁。

5.如权利要求1所述的基于物联网的无源传感器网络，其特征在于，所述编码和解码采用摩尔斯电码。

6.如权利要求2或3所述的基于物联网的无源传感器网络，其特征在于，所述天线单元为偶极子天线。