CN107734060A - 用于环境监测物联网的节点模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于环境监测物联网的节点模块，其中，无线自组网模块通过接口扩展板，外接各种传感器模块，以适应不同的环境监测需要；每个节点模块同时由太阳能电池和锂电池供电；还设置有防水外壳，保证其在户外的长时间运行，有效减少维护成本。每个节点模块能够自由变换其连接到网关的路由；在个别节点模块失效的情况下，通过其他节点模块将数据传送至网关。每个节点模块在2.4GHz的通讯频率下，点对点的有效传输距离达到800米，不仅能够将本节点模块采集的数据发送至网关，还能够作为路由器，中继其他节点模块的数据。由多个本发明节点模块构成的网状结构的环境监测物联网系统，采集点布置更灵活，使用更方便，可靠性也更好。

Description

用于环境监测物联网的节点模块
技术领域
本发明涉及一种环境监测的节点模块，特别涉及一种用于环境监测物联网的节点模块。
背景技术
随着世界工业化的不断发展，环境问题越来越受到人们的关注。如石油泄漏、太湖蓝藻等许多人为的环境污染事件时有发生，因此急需一套环境监测物联网系统来取代现有的环境监测系统。
现有的环境监测系统大多采用环境监测站对一个区域的环境进行监测，每个环境监测站设有若干个独立的监测节点；每个节点直接与网关连接进行监测数据的传输。若通过有线方式连接上述网关与监测节点，会限制节点的布置距离，影响监测范围。而且该种以点代面的监测手段，对于不同的地区和多变的环境状况，不能够很准确地反映所监测环境的实际情况和发展趋势。
新型的环境监测物联网系统利用节点无线自组网技术，将所需要的环境信息采集起来，并与互联网技术相结合，使得采集到的数据被存储、筛选、分析，最终能够得到精确的区域环境参数，为环境保护和环境治理提供科学的依据。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于环境监测物联网的节点模块，每个所述节点模块拥有独立的电源，能够将自动采集的环境数据无线传输到网关；并作为路由器，中继其他节点模块发送的数据，因而能够方便地布置和使用，以构成网状结构的环境监测系统。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种用于环境监测物联网的节点模块，包含对应监测并采集不同环境参数的若干传感器模块，以及可分别与每个所述传感器模块相匹配且对应连接的无线自组网模块。
所述无线自组网模块将与其对应连接的传感器模块采集的数据，直接输出至外部的网关，或经过若干其他所述节点模块中继后，间接输出至外部网关，使若干个所述节点模块构成环境监测物联网的网状组网结构。
所述无线自组网模块通过设置接口扩展板，与所述传感器模块对接；所述接口扩展板上的若干接口，分别与所述传感器模块中设置的若干传感器对应连接。
所述接口扩展板上，设置有数字式接口、开关量接口或模数转换接口中的一种或多种。
所述传感器模块中设置有温湿度传感器，其与所述接口扩展板上的数字式接口连接。
所述传感器模块中还设置有氧气传感器和二氧化碳传感器，其分别与所述接口扩展板上的模数转换接口连接。
所述无线自组网模块还通过设置的无线传输模块，对外进行无线数据传输。
所述无线传输模块通过设置的射频传输模块及功率放大模块，工作在2.4GHz的通讯频率下。
每个所述节点模块还独立设置有电源模块；所述电源模块包含太阳能电池和锂电池。
相比现有技术中，通过有线方式连接网关和每个节点构成环境监测系统，本发明用于环境监测物联网的节点模块的优点在于：本发明利用通用化的模块设计，使无线自组网模块能够通过接口扩展板，对应连接各种传感器模块，以适应不同的环境监测需要。
每个所述节点模块独立设置有电源模块，同时使用其中的太阳能电池和锂电池供电，以满足节点模块的用电需要；所述无线自组网模块与传感器模块，还分别设置在防水外壳内，防止雨水的影响，使节点模块在户外的长时间运行得到保证，并能有效减少维护成本，因而更适合于野外布置。
每个所述节点模块在2.4GHz的通讯频率下，点对点的有效传输距离达到800米，不仅能够将本节点模块采集的数据发送至网关，还能够作为路由器，中继其他节点模块的数据。每个所述节点模块还能根据能量来自由变换其连接到网关的路由，更能在个别节点模块失效的情况下，通过其他节点模块将数据传送至网关。
因此，由多个本发明所述节点模块构成的网状结构的环境监测物联网系统，采集点布置更灵活，使用更方便，可靠性也更好。
附图说明
图1是本发明用于环境监测物联网的节点模块的总体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明提供的用于环境监测物联网的节点模块，设置有传感器模块100来采集环境数据，并通过与其连接的无线自组网模块200向外发送；还设置有电源模块40为传感器模块100和无线自组网模块200供电。
无线自组网模块200是通用化设计，通过设置的接口扩展板20，能够与多种不同的传感器模块100实现模块化对接。仅需要更换不同的传感器模块100，本发明所述节点模块即能够适用于家庭环境、工业和农业的生产环境或自然环境中，进行如有毒气体监测、森林防火监测、空气质量监测等各种环境安全监控。
所述接口扩展板20上主要设置有开关量接口23、模数转换接口22，以及如串口、I2C(Inter IC BUS)或SPI(串行外围接口)等数字式接口21。而在所述传感器模块100中设置多个传感器，使不同的传感器与接口扩展板20上匹配的接口对应连接，将监测到的环境参数分别输出至无线自组网模块200中设置的无线传输模块30。
在以下提供的一个优选实施例中，所述传感器模块100包含温湿度传感器11、氧气传感器12和二氧化碳传感器13。其中，温湿度传感器11与上述接口扩展板20的数字式接口21连接；而氧气传感器12、二氧化碳传感器13分别与模数转换接口22连接。
所述无线自组网模块200的无线传输模块30，通过设置的射频传输模块31及功率放大模块32，将传感器模块100采集的环境参数，无线发送至外部网关。优选TI公司的CC2430型片上系统射频传输芯片及CC2591型功率放大芯片来实现，使无线传输模块30工作在2.4GHz的通信频率下，保证通讯的质量和安全。在空旷区域，点对点的有效传输距离可以达到800米。
本发明所述节点模块通过该无线传输模块30，既能把本节点模块采集的数据直接发送给外部网关，还能作为路由器，中继其他节点模块的传输数据，以此构成整个环境监测物联网系统的网状组网结构。
为了更适用于野外布置，在电源模块40中同时配备3w～5w的太阳能电池41和2000mAh的锂电池42，以满足本发明所述节点模块的用电需要；模块对接的所述无线自组网模块200与传感器模块100，还分别设置在防水外壳内，防止雨水的影响，因而使节点模块在户外的长时间运行得到保证，并能有效减少维护成本。
除了上述硬件结构外，本发明的节点底层软件，采用针对无线传感器网络的TinyOs操作系统，其能够对传感器模块100的数据采集，节点模块间的通讯、路由，能源管理等进行合理分配。最终使每个节点模块采集的环境数据被汇总到环境监测物联网的计算机中，或是再上传到网络中，进行进一步的存储、筛选、分析等处理。
综上所述，本发明所述节点模块，利用通用化的模块设计，使无线自组网模块200能够外接各种传感器模块100，以适应不同的环境监测需要；每个所述节点模块独立设置有电源模块，同时由其中太阳能电池和锂电池供电，并能够根据能量来自由变换其连接到网关的路由，更能在个别节点模块失效的情况下，通过其他节点模块将数据传送至网关。
因此，相比现有环境监测系统通过有线方式连接网关和每个节点，由多个本发明所述节点模块构成的网状结构的环境监测物联网系统，采集点布置更灵活，使用更方便，可靠性也更好。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种用于环境监测物联网的节点模块，其特征在于，包含对应监测并采集不同环境参数的若干传感器模块(100)，以及可分别与每个所述传感器模块(100)相匹配且对应连接的无线自组网模块(200)。
2.如权利要求1所述用于环境监测物联网的节点模块，其特征在于，所述无线自组网模块(200)将与其对应连接的传感器模块(100)采集的数据，直接输出至外部的网关，或经过若干其他所述节点模块中继后，间接输出至外部网关，使若干个所述节点模块构成环境监测物联网的网状组网结构。
3.如权利要求2所述用于环境监测物联网的节点模块，其特征在于，所述无线自组网模块(200)通过设置接口扩展板(20)，与所述传感器模块(100)对接；所述接口扩展板(20)上的若干接口，分别与所述传感器模块(100)中设置的若干传感器对应连接。
4.如权利要求3所述用于环境监测物联网的节点模块，其特征在于，所述接口扩展板(20)上，设置有数字式接口(21)、开关量接口(23)或模数转换接口(22)中的一种或多种。
5.如权利要求4所述用于环境监测物联网的节点模块，其特征在于，所述传感器模块(100)中设置有温湿度传感器(11)，其与所述接口扩展板(20)上的数字式接口(21)连接。
6.如权利要求4或5所述用于环境监测物联网的节点模块，其特征在于，所述传感器模块(100)中设置有氧气传感器(12)和二氧化碳传感器(13)，其分别与所述接口扩展板(20)上的模数转换接口(22)连接。
7.如权利要求3所述用于环境监测物联网的节点模块，其特征在于，所述无线自组网模块(200)还通过设置的无线传输模块(30)，对外进行无线数据传输。
8.如权利要求7所述用于环境监测物联网的节点模块，其特征在于，所述无线传输模块(30)通过设置的射频传输模块(31)及功率放大模块(32)，工作在2.4GHz的通讯频率下。
9.如权利要求2所述用于环境监测物联网的节点模块，其特征在于，每个所述节点模块还独立设置有电源模块(40)；所述电源模块(40)包含太阳能电池(41)和锂电池(42)。
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