CN104748869A - 一种具有节点供电优化的社区环境温度实时监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有节点供电优化的社区环境温度实时监测系统，包含汇聚节点、监控中心和由多个传感器节点组成的无线传感器网络，所述传感器节点包含微控制器模块以及与其连接的测温模块和电源模块，所述电源模块包含太阳能光板、升压电路、充电电路、电池和比较器；所述太阳能光板的输出端连接升压电路的输入端，所述升压电路的输出端连接充电电路的输入端，所述充电电路的输出端连接电源模块的输入端，所述电源模块的输出端连接比较器的输入端，所述比较器的输入端连接充电电路；本发明节点供电采用太阳能供电，并且能够实时分析电池电压状态，达到智能化的对电池进行充电，有效地延长了节点的使用寿命。

Description

一种具有节点供电优化的社区环境温度实时监测系统

技术领域

本发明涉及一种温度测量系统，尤其涉及一种具有节点供电优化的社区环境温度实时监测系统，属于环境监测领域。

背景技术

温度是一个很重要的环境参数，人们的生活和环境温度息息相关，工业生产过程中需要实时测量环境温度，在农业生产中也离不开温度测量，目前，在气象站和无线电探空仪等气象环境探测领域，传统温度传感器多采用铂电阻或热敏电阻进行温度测量。由于冰、雪、雨滴、云滴、露等液态或固态水可能在粘附在传感器表面，云滴、雨滴和露滴的蒸发吸热、冰雪的融化和升华都可能导致测量温度低于大气环境的实际温度，云滴、雨滴和露滴的冻结释放潜热可能导致测量环境温度高于环境温度，造成一定的测量误差。

目前，环境温度的精确监测与管理对于提高环境控制精度、节约能源及促进生产有着重要的作用。目前我国环境监测系统匮乏，即便是有，往往采用一些生物检测法，布线检测法严重浪费能源，由不同位置的各项参数往往都不均匀和不同的，所以需要采集多个不同点的温度值进行综合评判，目前的大多数温度监测系统都不能有效地覆盖整个社区，难以实现各个参数的统一性。

例如申请号为“201210051929.8”的一种气象监测系统，包括多个气象站，该多个气象站分布于不同的地理区域，每个气象站包括：处理器模块；电源控制器，为该气象站提供电源；传感器模块，实时检测该气象站所处地理区域的天气信息并传输给处理器模块；发射器模块，将该气象站所检测的天气信息传输到其他气象站；接收器模块，接受其他气象站所传输的天气信息并将其发送至处理器模块；以及显示器模块，与该处理器模块连接以按需显示各个气象站所处地理区域的天气信息。该发明还提供了一种应用上述气象监测系统的路灯系统。该发明虽然能测量环境温度，但是在测量精度有待进一步提升。

又如申请号为“201210058950.0”的一种农田微弱导航信息的图像检测方法及系统，涉及机器视觉导航技术领域，所述方法包括以下步骤：S1：采集当前农田的待检测图像；S2：判断所述待检测图像是否为第一帧图像，若是，则进行第一帧图像的导航直线检测，返回步骤S1，否则进行非第一帧图像的导航直线检测；S3：根据所述非第一帧图像的导航直线检测的结果进行田端检测，判断是否到达田端，若是，则结束检测，否则，返回步骤S1。本发明通过针对具有微弱导航信息的农田作业环境，利用小波变换与线形分析、前后帧相互关联及分段Hough变换等方法，在农田区域分界不明显的情况下，实现了导航路径的图像识别，并且检测结果准确、稳定和快速。该发明虽然实现了随到环境的无线监测与传输，但是功耗高，成本较高，检测数据存在误差，且缺少相应的节点控制，使大多数节点处于无用功状态，在节能优化上面仍存在很大的进步空间。

再如申请号为“201410265511.6”的一种充电控制装置及充电控制方法，其能够实现使二次电池的使用寿命变长，该充电控制装置用于控制二次电池的充电，所述充电控制装置包括：电压检测部，检测出所述二次电池的输出电压值；判定部，基于所述输出电压值，判定所述二次电池是否处于满充电状态；以及充电控制部，当所述判定部判定出处于非满充电状态时，通过在第一规定时间的期间向所述二次电池进行慢充从而使所述二次电池处于满充电状态。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种具有节点供电优化的社区环境温度实时监测系统，其能够精确测量环境温度，节点供电采用太阳能供电，并且能够实时分析电池电压状态，达到智能化的对电池进行充电，有效地延长了节点的使用寿命。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种具有节点供电优化的社区环境温度实时监测系统，包含汇聚节点、监控中心和由多个传感器节点组成的无线传感器网络，所述传感器节点包含微控制器模块以及与其连接的测温模块和电源模块，所述电源模块包含太阳能光板、升压电路、充电电路、电池和比较器；所述太阳能光板的输出端连接升压电路的输入端，所述升压电路的输出端连接充电电路的输入端，所述充电电路的输出端连接电源模块的输入端，所述电源模块的输出端连接比较器的输入端，所述比较器的输出端连接充电电路；其中，比较器用于实时将电池输出电压和设定值进行对比，进而控制充电电路的开闭；

所述升压电路包含转换器、电感、稳压管、第一电解电容、第二电解电容、第一电阻和第二电阻，第一电解电容的正极分别连接电感的一端和太阳能光板的输入端，电感的另一端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端分别连接稳压管的正极和变换器的输入端，稳压管的负极分别连接第二电解电容的正极、变换器的输出端和开关的常闭端，开关的活动端与第二电阻串联后与充电电路连接，第一电解电容的负极、第二电解电容的负极、变换器的接地端与地连接。

    作为本发明一种具有节点供电优化的社区环境温度实时监测系统的进一步优选方案，所述变换器芯片型号为HT7750。

    作为本发明一种具有节点供电优化的社区环境温度实时监测系统的进一步优选方案，所述比较器的电压设定值为2.75V。

    作为本发明一种具有节点供电优化的社区环境温度实时监测系统的进一步优选方案，所述微控制模块采用AVR系列单片机。

作为本发明一种具有节点供电优化的社区环境温度实时监测系统的进一步优选方案，所述电池为可充电蓄电池。本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明体积小、覆盖面广、功能多样化、便捷稳定，易于操作，便于管理，能够有效地监测环境温度参数；

2、本发明采用无线传感器网络对环境温度进行测量，能够精确测量环境温度；

3、本发明节点供电采用太阳能供电，并且能够实时分析电池电压状态，达到智能化的对电池进行充电，有效地延长了节点的使用寿命。

附图说明

图1是本发明系统结构图；

图2是本发明传感器节点电源模块系统结构图；

图3是本发明电源模块升压电路电路图。

图中标号具体如下：1-传感器节点，2-无线传感器网络。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，一种具有节点供电优化的社区环境温度实时监测系统，包含汇聚节点、监控中心和由多个传感器节点1组成的无线传感器网络2，所述传感器节点包含微控制器模块以及与其连接的测温模块和电源模块，所述电源模块包含太阳能光板、升压电路、充电电路、电池和比较器；所述太阳能光板的输出端连接升压电路的输入端，所述升压电路的输出端连接充电电路的输入端，所述充电电路的输出端连接电源模块的输入端，所述电源模块的输出端连接比较器的输入端，所述比较器的输出端连接充电电路；其中，比较器用于实时将电池输出电压和设定值进行对比，进而控制充电电路的开闭；

所述升压电路包含变换器、电感、稳压管、第一电解电容、第二电解电容、第一电阻和第二电阻，第一电解电容的正极分别连接电感的一端和太阳能光板的输入端，电感的另一端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端分别连接稳压管的正极和变换器的输入端，稳压管的负极分别连接第二电解电容的正极、变换器的输出端和开关的常闭端，开关的活动端与第二电阻串联后与充电电路连接，第一电解电容的负极、第二电解电容的负极、变换器的接地端与地连接。

其中，所述变换器芯片型号为HT7750，所述比较器的电压设定值为2.75V，所述微控制模块采用AVR系列单片机，所述电池为可充电蓄电池。

无线传感器网络虽然与无线自组网有相似之处，但同时也存在很大的差别。传感器网络是集成了监测、控制以及无线通信的网络系统，节点数目更为庞大，节点分布更为密集；由于环境影响和能量耗尽，节点更容易出现故障；环境干扰和节点故障易造成网络拓扑结构的变化；通常情况下，大多数传感器节点是固定不动的。另外，传感器节点具有的能量、处理能力、存储能力和通信能力等都十分有限。传统无线网络的首要设计目标是提供高服务质量和高效带宽利用，其次才考虑节约能源；而传感器网络的首要设计目标是能源的高效利用，这也是传感器网络和传统网络最重要的区别之一。

节点的能量供应是节点工作的重要前提，如果供电不足，将会导致整个系统瘫痪。为延长节点的使用寿命，多种降低功耗的方法已经被提出，数据压缩技术和低功耗路由技术等，但任何降低功耗的方法都不能彻底解决节点寿命有限的问题。可再生能源的利用，如：太阳能、振动、潮汐和风能等的利用，被认为是解决上述问题的可行方案。对于室外系统，太阳能具有技术相对成熟，能量密度较大等优势，被认为是为节点提供额外能源的可行方法。

电池的输出电压降至2.75 V。比较器比较此值于电池的电压值。当阳光充足并且电池的电压低于2.75 V时，比较器打开开关，对电池充电。否则，当电池的电压等于或大于2.75 V时，开关关闭阻止充电过程。二极管用来阻止电流由电池流入太阳能电池板。

电池充电控制装置为直流电源变换器，从直流电源中吸收的电能转移到可充电电池中。电能收集充电器是将输入的功率尽可能大的输送到所需充电的设备中，使得充电器的充电效率尽可能提高。该充电器对输入电压要求低，并且可以最大可能的吸收直流电源中的能量，比一般的充电器节能。升压电路主要由HT7750组成，HT7750转换器具有高效率和低纹波。该系列具有超低启动电压、高输出电压精度。只需要3个外部元件即电感、稳压管、电解电容，以提供固定输出5V电压。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种具有节点供电优化的社区环境温度实时监测系统，包含汇聚节点、监控中心和由多个传感器节点组成的无线传感器网络，其特征在于：所述传感器节点包含微控制器模块以及与其连接的测温模块和电源模块，所述电源模块包含太阳能光板、升压电路、充电电路、电池和比较器；所述太阳能光板的输出端连接升压电路的输入端，所述升压电路的输出端连接充电电路的输入端，所述充电电路的输出端连接电源模块的输入端，所述电源模块的输出端连接比较器的输入端，所述比较器的输出端连接充电电路；其中，比较器用于实时将电池输出电压和设定值进行对比，进而控制充电电路的开闭；

所述升压电路包含变换器、电感、稳压管、第一电解电容、第二电解电容、第一电阻和第二电阻，第一电解电容的正极分别连接电感的一端和太阳能光板的输入端，电感的另一端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端分别连接稳压管的正极和变换器的输入端，稳压管的负极分别连接第二电解电容的正极、变换器的输出端和开关的常闭端，开关的活动端与第二电阻串联后与充电电路连接，第一电解电容的负极、第二电解电容的负极、变换器的接地端与地连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有节点供电优化的社区环境温度实时监测系统，其特征在于：所述变换器芯片型号为HT7750。

3.根据权利要求1所述的一种具有节点供电优化的社区环境温度实时监测系统，其特征在于：所述比较器的电压设定值为2.75V。

4.根据权利要求1所述的一种具有节点供电优化的社区环境温度实时监测系统，其特征在于：所述微控制模块采用AVR系列单片机。

5.根据权利要求1所述的一种具有节点供电优化的社区环境温度实时监测系统，其特征在于：所述电池为可充电蓄电池。