CN109889611A - 一种无线传感网络节点的无线充电设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线传感网络节点的无线充电设计方法，包括位于节点上的终端开发板，具体由GPS模块，电压检测模块和LoRa SX1278模块组成；当节点电量不足时就会通过LoRa SX1278模块给LoRa网关发送信息，LoRa网关将汇聚后的信息发送给云端，云端对移动充电设备进行调度，使其遍历无线传感网为节点充电，整个充电过程都在远程监控下进行，使得系统的稳定性得到保障，打破了传统的无线传感网供电方式受地域和环境的束缚，并且大大减少了无线传感网在运维方面人力物力的投入。

Description

一种无线传感网络节点的无线充电设计方法

技术领域

本发明属于无线可充电传感网络能量传输技术领域，具体涉及一种无线传感网络节点的无线充电设计方法。

背景技术

无线传感网络是由部署在监测区域内大量微型传感器节点组成。用于采集环境中的一些信息。但是，随着人们需求的増加，采集的信息量也在不断增加，随之而来就会导致无线传感网络的能耗增加。无线传感网络节点部署的特殊性，在每个角落都不乏传感器节点的身影，而一些传统的供电方式，比如干电池，在节点电能耗尽之时更换电池就会耗费巨大的人力物力。新型能源则过分依赖自然环境，并且设备部署工程巨大。

发明内容

本发明的目的是提供一种无线传感网络节点的无线充电设计方法；已解决上述背景技术中提出的问题，所具有的有益效果是：打破了传统的无线传感网供电方式受地域和环境的束缚，使得整个充电过程的效率都很高，以物联网为载体使得整个充电过程都在远程监控下进行，在充电过程出现故障时可以及时作出处理，减少不必要的损失。

本发明实现发明目的采用如下技术方案：

本发明的目的是提供一种无线传感网络节点的无线充电设计方法，包括终端开发板，终端开发板的主控芯片采用STM32F103，与主控芯片相连的GPS模块，与主控芯片相连的电压检测模块，与主控芯片相连的LoRa SX1278通信模块；终端开发板位于无线传感网节点上，节点采集到信息之后汇总至LoRa网关，LoRa网关再将信息传至云端，云端对无线充电设备进行调度，遍历无线传感网节点进行无线充电。

作为优选，本发明提供的一种无线传感网络节点的无线充电设计方法，与主控芯片相连的GPS模块可以实时采集传感器节点的位置信息。

作为优选，本发明提供的一种无线传感网络节点的无线充电设计方法，与主控芯片相连的电压检测模块可以实时采集终端开发板的电池电量，以防电量用尽后影响整个无线传感网的信息上传。

作为优选，本发明提供的一种无线传感网络节点的无线充电设计方法，与主控芯片相连的LoRa SX1278通信模块，可将终端开发板采集到的数据传至LoRa网关。

作为优选，本发明提供的一种无线传感网络节点的无线充电设计方法，LoRa网关对信息进行汇总后传至云端，云端通过对无线充电设备进行合理调度进而遍历无线传感网充电。

本发明与现有技术相比，其有益效果体现在：无线充电技术可看做是解决无线传感网络能量限制问题的一个很有前途的解决方案。移动充电设备能够为传感器节点提供稳定可靠的能量供应，从而实现系统的可持续运行，通过算法找出与无线传感网节点数对应的移动充电设备数，既可以满足系统的充电需求，又不会因为移动充电设备数过多而造成浪费，并且整个充电调度过程都是在物联网的监控下进行的，维持整个充电系统的稳定。

附图说明

图1是本发明的系统总体设计图。

图2是本发明的终端开发板硬件设计框图。

图3是本发明的电气连接图。

图4是本发明的网络模型图。

图5是本发明的调度算法流程图。

附图1中标记其对应名称：

LoRa SX1278模块1(1)，LoRa SX1278模块2(2)，LoRa SX1278模块3(3)，LoRaSX1278模块4(4)，LoRa网关(5)，移动充电设备(6)，云端(7)，服务器(8)，移动端(9)。

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详细的描述，显然，所述的实施例仅是本发明的一部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例都属于本发明保护的范围。

请参阅图1、图2、图3、图4和图5，本发明提供的一种具体的实施例：一种无线传感网络节点的无线充电设计方法，系统总体设计图如图1所示，主控芯片采用如图2中的STM32F103，与主控芯片相连的GPS模块如图2所示，与主控芯片相连的电压检测模块如图2所示，与主控芯片相连的LoRa SX1278模块如图2所示。

图3为移动充电设备端和终端开发板端的电气连接图。在一个具有较多节点数的无线传感网络中，存在三种类型的节点，类型一为剩余能量较少的节点，若不及时充电此节点电量将会耗尽，类型二为剩余能量不是很充足的节点，为了维护充电系统的稳定性最好对其充电，类型三为能量很充足的节点，当次充电调度不必为其充电。如图4所示，此网络模型中有必须充电的节点，能量不是很充足的节点和能量充足的节点，基站和维护站均位于此网络模型的中心，并且还有若干辆移动充电设备。在一个无线传感网络中，我们首先确定第一阈值能量_q和第二阈值能量_q'，第一阈值能量_q即为从当前时刻起到移动充电设备遍历到此节点时，节点剩余能量刚好用尽，第二阈值能量_q'是考虑在连续两次充电调度过程中的第二次充电调度，移动充电设备行驶到此节点时，节点剩余能量刚好用尽。将剩余能量低于第二阈值能量_q'的节点定为单次充电调度中必须遍历的节点。然后根据无线传感网的大小为其配备合适数量的移动充电设备，位于维护站的节点会对发出充电请求的节点进行遍历，当移动充电设备在给必须充电的节点充电时，会搜寻周围一定范围内的节点，综合考虑其距离正在充电节点的距离，以及其剩余电量大小，若该范围内有合适的节点，移动充电设备即在给当前节点充电完毕之后驶向搜索到的合适节点对其进行充电。若没有搜索到合适节点，则在给当前充电节点充电完毕后即驶向下一个必须充电的节点。

如图1所示，无线传感网中存在许多节点，节点上都有终端开发板，如LoRa SX1278模块1(1)，LoRa SX1278模块2(2)，LoRa SX1278模块3(3)和LoRa SX1278模块4(4)。当节点的剩余能量低于第二阈值能量时发出充电请求，请求信息上传汇聚于LoRa网关(5)，LoRa网关(5)进而将数据传至云平台，云平台对移动充电设备进行调度，并且将无线传感网中节点的电量信息传至移动端(9)，用于远程监控。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种无线传感网络节点的无线充电设计方法，其特征在于：终端开发板的主控芯片采用STM32F103，与主控芯片相连的GPS模块，与主控芯片相连的电压检测模块，与主控芯片相连的LoRa SX1278模块；每个节点上都有一个终端开发板，节点的剩余能量低于第二阈值能量q'时，发送充电请求，终端开发板将采集到的信息汇总至LoRa网关，LoRa网关进而将信息传至云端，云端对移动充电设备进行调度，来为无线传感网无线充电，云端也会将无线传感网的充电情况传至移动端，方便远程监控。

2.根据权利要求1所述的一种无线传感网络节点的无线充电设计方法，其特征在于：与主控芯片相连的GPS模块可以实时采集节点的位置信息。

3.根据权利要求1所述的一种无线传感网络节点的无线充电设计方法，其特征在于：与主控芯片相连的电压检测模块可以实时采集终端开发板的电池电量。

4.根据权利要求1所述的一种无线传感网络节点的无线充电设计方法，其特征在于：与主控芯片相连的LoRa SX1278模块，可将节点采集到的信息传至云端。

5.根据权利要求1所述的一种无线传感网络节点的无线充电设计方法，其特征在于：将在连续两次充电调度过程中的第二次充电调度，移动充电设备行驶到此节点时，节点剩余能量刚好用尽，则将调度开始时节点剩余能量定为第二阈值能量q'。

6.根据权利要求1所述的一种无线传感网络节点的无线充电设计方法，其特征在于：节点能量低于第二阈值能量时发送充电请求。

7.根据权利要求1所述的一种无线传感网络节点的无线充电设计方法，其特征在于：节点将充电请求通过LoRa SX1278模块汇总至LoRa网关，进而传至云端。

8.根据权利要求1所述的一种无线传感网络节点的无线充电设计方法，其特征在于：云端对移动充电设备进行调度，遍历无线传感网络节点，为其无线充电。

9.根据权利要求1所述的一种无线传感网络节点的无线充电设计方法，其特征在于：云端会将无线传感网络节点的电量情况传至移动端，便于远程监控。