CN106781349A - 一种无通讯信号区域环境监控无线数据传送系统 - Google Patents

一种无通讯信号区域环境监控无线数据传送系统 Download PDF

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CN106781349A CN201611016525.XA CN201611016525A CN106781349A CN 106781349 A CN106781349 A CN 106781349A CN 201611016525 A CN201611016525 A CN 201611016525A CN 106781349 A CN106781349 A CN 106781349A
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王蕾
高亚琪
罗磊
吴向阳
刘鹏
温阿敏
张绘芳
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    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link

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Abstract

本发明公开了一种无通讯信号区域环境监控无线数据传送系统，包括数据采集模块、数据转发模块、数据上传模块和控制供电模块；所述数据采集模块包括一块Arduino的UNO控制板、传感器和一个Xbee模块；所述数据转发模块包括两块Arduino的Leonardo控制板和两个Xbee模块；所述数据上传模块包括一块Arduino的UNO控制板、一个Xbee模块和GPRS扩展板，所述GPRS扩展板插在Arduino的UNO控制板的上面。该系统具有使用方便、成本低廉的特点，适合推广应用。

Description

一种无通讯信号区域环境监控无线数据传送系统
技术领域
本发明属于通信技术领域，涉及一种无通讯信号区域环境监控无线数据传送系统。
背景技术
对于人口密集的区域，目前有线或者无线的各种通讯手段已经非常发达，例如：短信传递文字信息；宽带连接互联网；有wifi连接的地方通过无线方式连接互联网。
但是野外地区常常是所有日常通讯信号的盲区，除了用卫星通讯外，盲区内日常所有通讯方式都无法使用，无法进行通讯联系，传递信息。现阶段卫星通讯费用比较昂贵，部署设备也比较麻烦，而且卫星通讯费在野外没有电力供应的情况下，投入设备成本更高，是一种比较昂贵的通讯手段。
目前，现有技术中急需一种成本低廉、操作方便的无通讯信号区域环境监控无线数据传送系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无通讯信号区域环境监控无线数据传送系统，该系统用XBee实现ZigBee/IEEE 802.15.4的无线通讯手段实施环境监控，包含对温度、湿度、气压、光照、甚至地物外观的图片等等，可以大幅度降低成本。
其具体技术方案为：
一种无通讯信号区域环境监控无线数据传送系统，包括数据采集模块、数据转发模块、数据上传模块和控制供电模块；
所述数据采集模块包括一块Arduino的UNO控制板、传感器和一个Xbee模块，所述传感器的两条电源线接到UNO控制板的5V和GND引脚上，另一信号线接数字引脚，控制供电模块上的继电器连接Arduino的UNO控制板的供电接口；
所述数据转发模块包括两块Arduino的Leonardo控制板和两个Xbee模块，其中一块Arduino的Leonardo控制板和一个Xbee模块用于接收从数据采集点发来的数据，另外一块Arduino的Leonardo控制板和一个Xbee模块用于转发从从数据采集点发来的数据；两块Arduino控制板之间通过导线连接，实现数据的传递，完成从一块Arduino控制板数据传递给另一块Arduino控制板的任务，控制供电模块上的继电器连接两个Arduino的Leonardo控制板的供电接口；
所述数据上传模块包括一块Arduino的UNO控制板、一个Xbee模块和GPRS扩展板，所述GPRS扩展板插在Arduino的UNO控制板的上面，Xbee模块完成从数据中转端传来的数据，通过GPRS扩展板上传数据到互联网，控制供电模块上的继电器连接Arduino的UNO控制板的供电接口。
进一步，所述控制供电模块上的两个继电器连接两个Arduino的Leonardo控制板的供电接口。
进一步，若距离长，数据转发模块为多个，进行多次转发。
进一步，所述数据上传模块部署在有GPRS信号的地方，实现采集数据上传到互联网。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明采用的Xbee有传输距离限制，传输距离会超过点对点的距离，使用“接力”方式中转，增加中继中转节点延长传输距离。
野外环境没有电力，使用电池进行供电。环境监控基本上都是定时(例如每小时一次)进行，在非监控时间可以停止供电，延长使用时间。
工作的步调一致：传输数据时需要多个节点协调工作，必须保证每个节点上工作时间的准确：在指定的时间内供电开始工作，传输数据，停止供电。
电力供应采用的电源是电池和太阳能；覆盖最广。太阳能受日照的限制，必须配合电池使用才能保证长久不间断的供应。
数据采集的特点是定时周期性采集，并不是全天候时时刻刻采集，这样控制电力在采集的时刻供应，不采集的时刻停止供应就能最大限度延长电力供应。
数据实时发送：GPRS的通讯方式是覆盖面最广的通讯方式，成本低，技术实现容易，可以实现大范围，远距离的实时(从采集数据到保存数据到服务器需要数分钟时间)传输。在无信号的地区采集设备用Xbee方式发出数据，中间对数据中转转发，最终传输到有网络信号的地方，发送数据到服务器。
本发明检测环境的传感器要能适应各种不同情况以及不同的检测内容。例如检测空气的温度湿度，检测土壤中的温度湿度，不同情况要使用不同的感应器，操作方便。
附图说明
图1是无通讯信号区域环境监控无线数据传送系统的原理图；
图2是无通讯信号区域环境监控无线数据传送系统的数据采集模块原理图；
图3是无通讯信号区域环境监控无线数据传送系统的数据转发模块原理图；
图4是无通讯信号区域环境监控无线数据传送系统的数据上传模块原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
如图1所示，一种无通讯信号区域环境监控无线数据传送系统，包括数据采集模块、数据转发模块、数据上传模块和控制供电模块；如图2所示，所述数据采集模块包括一块Arduino的UNO控制板、传感器和一个Xbee模块，所述传感器的两条电源线接到UNO控制板的5V和GND引脚上，另一信号线接数字引脚，控制供电模块上的继电器连接Arduino的UNO控制板的供电接口；如图3所示，所述数据转发模块包括两块Arduino的Leonardo控制板和两个Xbee模块，其中一块Arduino的Leonardo控制板和一个Xbee模块用于接收从数据采集点发来的数据，另外一块Arduino的Leonardo控制板和一个Xbee模块用于转发从从数据采集点发来的数据；两块Arduino控制板之间通过导线连接，实现数据的传递，完成从一块Arduino控制板数据传递给另一块Arduino控制板的任务，控制供电模块上的继电器连接两个Arduino的Leonardo控制板的供电接口；如图4所示，所述数据上传模块包括一块Arduino的UNO控制板、一个Xbee模块和GPRS扩展板，所述GPRS扩展板插在Arduino的UNO控制板的上面，Xbee模块完成从数据中转端传来的数据，通过GPRS扩展板上传数据到互联网，控制供电模块上的继电器连接Arduino的UNO控制板的供电接口。
所述控制供电模块上的两个继电器连接两个Arduino的Leonardo控制板的供电接口。
若距离长，数据转发模块为多个，进行多次转发。
所述数据上传模块部署在有GPRS信号的地方，实现采集数据上传到互联网。
程序设计
用C语言实现
1.采集数据的设备
使用感应器产品的函数，在arduino中直接可以得到感应数值。
2.转发数据的设备
一个arduino主控板接受数据，称作转发设备A，另一个arduino主控板发送数据，称作转发设备B。
设备A的XBee连接的串口1接收数据，通过设备A的串口2发送给设备B，设备B的串口2接受数据，从设备B的XBee连接的串口1发送数据。
a.设备A串口1(连接Xbee)接收数据并用设备A串口2发出信息的代码片段：
b.设备B串口2接收数据并用设备B串口1(连接Xbee)发出信息的代码片段：
3.控制供电的设备
a.指定时间打开供电开关。因为arduino主控板振晶不准，需要用实时钟修正，打开供电开关以时钟时间为准，不能依靠arduino的秒数计时。
b.延续足够工作时间，保证使用。本项目中从采集到发送信息需要近30秒，因此保证供电的时间是30秒。
c.关闭供电开关。
d.进入休眠状态并在打开电池开关之前从休眠中醒来，保证打开电源。因为arduino主控板振晶不准，arduino的按秒计时时间段要短一些，保证在需要打开开关之前的时间苏醒。
循环1-4步骤，往复实现定时开关电源。
以下是进入休眠和苏醒的代码片段：
数据上传的设备
数据发送数据给GSM扩展板，扩展板用TCP方式发送信息到服务器。
以下是TCP方式上传数据的代码片段，包含了服务器地址和端口，msg变量里保存了传感采集的监控数据。
Serial.println("AT+CIPSTART＝\"TCP\",\"www.xjsfxx.com\",\"3306\"")；
delay(5000)；
Serial.println("AT+CIPSEND")；
delay(2000)。
实施例
采集数据模块的器件加控制供电模块的器件、转发数据模块的器件加控制供电模块的器件、上传数据模块的器件加控制供电模块的器件放置在野外。上传数据模块的器件要放置在有网络信息的地方(手机可以进行语音和短信通讯的地方)，GPRS板上插入SIM卡，最好工业用专用卡，民用卡要实验才能保证使用。
根据实际测试的结果，选择中转设备和采集数据模块的器件的距离，中转设备和上传数据模块的器件的距离。
若距离过长，可以增加数据转发模块的的数量，进行多次转发。不同XBee模块有传输几百米到几公里不等，另外还取决于障碍物情况。
用于给器件供电的充电电池充满电，太阳能板面向阳光充足的地方。
发送信息写入服务器的数据库，数据使用人员通过网页查看采集的数据表和以数据为基础的可视化图形。服务器需要和互联网连接，因此数据的使用者可以在有互联网的任何地方看到检测数据。
器件放到一个盒子里，保证器件不受自然环境的破环能正常使用。
在新疆林科院实施试验，在林科院院子里部署传感器，监控空气温度湿度和土壤温度湿度。监控地点距离机房较远加上有建筑物的障碍，用Xbee必须使用信号中转的方式传递，延长传输距离。
经过6个月的使用，数据传输稳定正常，每小时发送一次数据，服务端都可以接受到，证明其可用于实际环境监测。
若使用通讯运营商上传监控数据就必须申请SIM卡，而且每月还要缴纳通讯费。此项目使用自组网络，省去了通讯费用。
若在野外无信号区域则无法实施监控活动，这个项目将监控活动延伸到了通讯区域以外的区域，对环境监测有着积极的作用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种无通讯信号区域环境监控无线数据传送系统，其特征在于，包括数据采集模块、数据转发模块、数据上传模块和控制供电模块；
所述数据采集模块包括一块Arduino的UNO控制板、传感器和一个Xbee模块，所述传感器的两条电源线接到UNO控制板的5V和GND引脚上，另一信号线接数字引脚，控制供电模块上的继电器连接Arduino的UNO控制板的供电接口；
所述数据转发模块包括两块Arduino的Leonardo控制板和两个Xbee模块，其中一块Arduino的Leonardo控制板和一个Xbee模块用于接收从数据采集点发来的数据，另外一块Arduino的Leonardo控制板和一个Xbee模块用于转发从从数据采集点发来的数据；两块Arduino控制板之间通过导线连接，实现数据的传递，完成从一块Arduino控制板数据传递给另一块Arduino控制板的任务，控制供电模块上的继电器连接两个Arduino的Leonardo控制板的供电接口；
所述数据上传模块包括一块Arduino的UNO控制板、一个Xbee模块和GPRS扩展板，所述GPRS扩展板插在Arduino的UNO控制板的上面，Xbee模块完成从数据中转端传来的数据，通过GPRS扩展板上传数据到互联网，控制供电模块上的继电器连接Arduino的UNO控制板的供电接口。
2.根据权利要求1所述的无通讯信号区域环境监控无线数据传送系统，其特征在于，所述控制供电模块上的两个继电器连接两个Arduino的Leonardo控制板的供电接口。
3.根据权利要求1所述的无通讯信号区域环境监控无线数据传送系统，其特征在于，若距离长，数据转发模块为多个，进行多次转发。
4.根据权利要求1所述的无通讯信号区域环境监控无线数据传送系统，其特征在于，所述数据上传模块部署在有GPRS信号的地方，实现采集数据上传到互联网。
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