CN114577269B - 一种环境温湿度监测传感器自适应采样系统及方法 - Google Patents

一种环境温湿度监测传感器自适应采样系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于环境监测技术领域，具体涉及一种环境温湿度监测传感器自适应采样系统，包括控制器、第一无线采样传感器、第二无线采样传感器、数据储存模块、读取模块以及处理分析模块，控制器均与各个第一无线采样传感器以及各个第二无线采样传感器信号连接，各个第一无线采样传感器以及各个第二无线采样传感器均与数据储存模块信号连接，读取模块与数据储存模块电信号连接，处理分析模块分别与读取模块以及控制器电信号连接；本发明还提供了一种环境温湿度监测传感器自适应采样系统的采样方法，节约了传感器的能耗和提高传感器的寿命。

Description

一种环境温湿度监测传感器自适应采样系统及方法
技术领域
本发明属于环境监测技术领域，具体涉及一种环境温湿度监测传感器自适应采样系统及方法。
背景技术
当前无线传感器网络已经大量应用于各种监控场景，特别是像森林、水下、密闭危险空间等需要进行长时间监测的场合，每一个无线网络传感器都是一个低功耗单元，集成了数据采样、传输、发送和传输功能，当前在很多研究中先天性假定数据采样的功耗要远远低于数据传输和发送时的功耗，特别是传感器长时间高频率采样不仅耗能，也会损伤传感器的寿命。
为了节约传感器的能耗和提高传感器的寿命，我们提出一种环境温湿度监测传感器自适应采样系统及方法，只有在环境温湿度变化较大时，第二无线采样传感器才会快速的采样环境数据，环境温湿度稳定，变化不大时，通过各个第一无线采样传感器采样稳定环境数据，第二无线采样传感器低频采样环境数据，节约功耗，不仅保证了环境骤变时的数据采样能力，同时做到了降低功耗以及提高寿命。
发明内容
本发明的目的是：旨在提供一种环境温湿度监测传感器自适应采样系统及方法，节约了传感器的能耗和提高传感器的寿命。
为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
一种环境温湿度监测传感器自适应采样系统，包括控制器、第一无线采样传感器、第二无线采样传感器、数据储存模块、读取模块以及处理分析模块，所述第一无线采样传感器数量为N个且较近设置于采样区域的中心部位，所述第二无线采样传感器数量为M个且设置于采样区域的各个部位，所述控制器均与各个所述第一无线采样传感器以及各个所述第二无线采样传感器信号连接，各个所述第一无线采样传感器以及各个所述第二无线采样传感器均与所述数据储存模块信号连接，所述读取模块与所述数据储存模块电信号连接，所述处理分析模块分别与所述读取模块以及所述控制器电信号连接；
各个所述第一无线采样传感器和各个所述第二无线采样传感器能够将采样的环境温湿度数据发送至所述数据储存模块进行储存；
所述处理分析模块能够控制所述读取模块读取数据储存模块中所储存的环境温湿度数据并进行对比分析，同时根据对比分析结果通过所述控制器发出控制指令控制各个所述第二无线采样传感器改变采样周期。
N个所述第一无线采样传感器均按同一个固定的采样周期采样环境温湿度数据，N个所述第一无线采样传感器分为N批次进行轮流采样。
M个所述第二无线采样传感器初始状态下均按固定的低频采样周期采样环境温湿度数据。
此外，本发明还提供一种环境温湿度监测传感器自适应采样系统的采样方法，其特征在于：所述采样方法包括以下步骤：
①初始状态下，设定所述第一无线采样传感器的固定采样周期为T主，所述第二无线采样传感器的低频采样周期为T低，N个所述第一无线采样传感器分为N批次轮流采样，因此，N个所述第一无线采样传感器采样的环境温湿度数据的共同的实际采样周期为使得N个所述第一无线采样传感器处于一个较高的采样频率；
②各个所述第一无线采样传感器所采样的环境温湿度数据发送至所述数据储存模块进行储存，所述处理分析模块读取数据储存模块中当前时间下的环境温湿度数据t1和h1，同时读取预设时间间隔t间前的环境温湿度数据t0和h0；
③所述处理分析模块设定两档温湿度阈值(△T1，△T2)以及(△H1，△H2)，并且所述处理分析模块计算当前时间下的温湿度与预设时间间隔t间前的温湿度的变化量分别为丨t1-t0丨2和丨h1-h0丨2；
④所述处理分析模块通过比较丨t1-t0丨2、△T1与△T2之间的大小以及丨h1-h0丨2、△H1和△H2之间的大小，根据所得出的结果由控制器发出控制指令改变各个所述第二无线采样传感器的采样周期；
所述步骤④中还包括以下判定规则：
A.当丨t1-t0丨2＜△T1或者丨h1-h0丨2＜△H1时，所述处理分析模块不通过所述控制器发出控制指令，此时，各个所述第二无线采样传感器按低频采样周期对环境温湿度进行采样；
B.当△T1＜丨t1-t0丨2＜△T2或者当△H1＜丨h1-h0丨2＜△H2时，所述处理分析模块通过所述控制器发出中频采样指令至各个所述第二无线采样传感器，此时，各个所述第二无线采样传感器按中频采样周期对环境温湿度进行采样；
C.当△T2＜丨t1-t0丨2或者△H2＜丨h1-h0丨2时，所述处理分析模块通过所述控制器发出高频采样指令至各个所述第二无线采样传感器，此时，各个所述第二无线采样传感器按高频采样周期对环境温湿度进行采样；
D.当温湿度变化量中其中一项满足B项判定而另一项同时满足C项判定时，优先采用C项判定中的高频采样周期。
所述步骤④中还包括有以下判定流程：
E.若当人为因素导致环境温度在长时间内处于上下大幅波动且满足步骤④中B项或者C项的判定规则时，各个所述第二无线采样传感器处于中频采样周期或者高频采样周期对环境温湿度进行采样，所述处理分析模块监测各个所述第二无线采样传感器的采样时间，并设定中高频采样时间阈值tmax，当各个所述第二无线采样传感器在中频采样周期或者高频采样的持续时长大于tmax后，所述处理分析模块通过所述控制器发出低频采样指令至各个所述第二无线采样传感器，使各个所述第二无线采样传感器恢复至初始状态下均按固定的低频采样周期采样环境温湿度数据。
当温湿度变化不大时，第二无线采样传感器处于低频采样周期，通过各个第一无线采样传感器分批次进行采样，采集较为稳定的环境温湿度数据，使得各个第一无线采样传感器和各个第二无线采样传感器能够节约能耗，而在环境温湿度变化较大时，第二无线采样传感器才会快速的采样环境数据，保证了环境突变时的数据采样能力，因此，本发明同时做到了各个第一无线采样传感器和各个第二无线采样传感器的降低功耗以及提高寿命。
附图说明
本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；
图1为本发明一种环境温湿度监测传感器自适应采样系统的结构示意图；
图2为本发明一种环境温湿度监测传感器自适应采样系统的采样方法的流程示意图；
具体实施方式
为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。
如图1所示，本发明的一种环境温湿度监测传感器自适应采样系统，包括控制器、第一无线采样传感器、第二无线采样传感器、数据储存模块、读取模块以及处理分析模块，第一无线采样传感器数量为N个且较近设置于采样区域的中心部位，N个第一无线采样传感器均按同一个固定的采样周期采样环境温湿度数据，N个第一无线采样传感器分为N批次进行轮流采样，第二无线采样传感器数量为M个且设置于采样区域的各个部位，M个第二无线采样传感器初始状态下均按固定的低频采样周期采样环境温湿度数据，控制器均与各个第一无线采样传感器以及各个第二无线采样传感器信号连接，各个第一无线采样传感器以及各个第二无线采样传感器均与数据储存模块信号连接，读取模块与数据储存模块电信号连接，处理分析模块分别与读取模块以及控制器电信号连接，各个第一无线采样传感器和各个第二无线采样传感器能够将采样的环境温湿度数据发送至数据储存模块进行储存，处理分析模块能够控制读取模块读取数据储存模块中所储存的环境温湿度数据并进行对比分析，同时根据对比分析结果通过控制器发出控制指令控制各个第二无线采样传感器改变采样周期。
此外，如图2所示，本发明还提供一种环境温湿度监测传感器自适应采样系统的采样方法，采样方法包括以下步骤：
①初始状态下，设定第一无线采样传感器的固定采样周期为T主，第二无线采样传感器的低频采样周期为T低，N个第一无线采样传感器分为N批次轮流采样，因此，N个第一无线采样传感器采样的环境温湿度数据的共同的实际采样周期为使得N个第一无线采样传感器处于一个较高的采样周期；
②各个第一无线采样传感器所采样的环境温湿度数据发送至数据储存模块进行储存，处理分析模块读取数据储存模块中当前时间下的环境温湿度数据t1和h1，同时读取预设时间间隔t间前的环境温湿度数据t0和h0；
③处理分析模块设定两档温湿度阈值(△T1，△T2)以及(△H1，△H2)，并且处理分析模块计算当前时间下的温湿度与预设时间间隔t间前的温湿度的变化量分别为丨t1-t0丨2和丨h1-h0丨2；
④处理分析模块通过比较丨t1-t0丨2、△T1与△T2之间的大小以及丨h1-h0丨2、△H1和△H2之间的大小，根据所得出的结果由控制器发出控制指令改变各个第二无线采样传感器的采样周期，步骤④中还包括以下判定规则：
A.当丨t1-t0丨2＜△T1或者丨h1-h0丨2＜△H1时，处理分析模块不通过控制器发出控制指令，此时，各个第二无线采样传感器按低频采样周期对环境温湿度进行采样；
B.当△T1＜丨t1-t0丨2＜△T2或者当△H1＜丨h1-h0丨2＜△H2时，处理分析模块通过控制器发出中频采样指令至各个第二无线采样传感器，此时，各个第二无线采样传感器按中频采样周期对环境温湿度进行采样，中频采样系数λ＝0.5，中频采样周期计算规则如下：
或/>
若丨t1-t0丨2和丨h1-h0丨2同时满足B项判定，则
C.当△T2＜丨t1-t0丨2或者△H2＜丨h1-h0丨2时，处理分析模块通过控制器发出高频采样指令至各个第二无线采样传感器，此时，各个第二无线采样传感器按高频采样周期对环境温湿度进行采样，其中，高频采样系数λ＝0.25，高频采样周期计算规则如下：
或/>
若丨t1-t0丨2和丨h1-h0丨2同时满足C项判定，则
D.当温湿度变化量中一个满足B项判定另一个满足C项判定时，优先采用C项判定中的高频采样周期；
E.若当人为因素导致环境温度在长时间内处于上下大幅波动且满足步骤④中B项或者C项的判定规则时，各个第二无线采样传感器处于中频采样周期或者高频采样周期对环境温湿度进行采样，处理分析模块监测各个第二无线采样传感器的采样时间，并设定中高频采样时间阈值tmax，当各个第二无线采样传感器在中频采样周期或者高频采样的持续时长大于tmax后，处理分析模块通过控制器发出低频采样指令至各个第二无线采样传感器，使各个第二无线采样传感器恢复至初始状态下均按固定的低频采样周期采样环境温湿度数据。
实施例如下：
某地设置3个第一无线采样传感器分三批次采样环境温湿度数据，第一无线采样传感器的固定采样周期T主＝3min，则3个第一无线采样传感器分批次的能够在每1min中对环境数据进行采样，通过增加第一无线采样传感器的数量分批次的工作，从而使得各个第一无线采样传感器保持在一个合适的采样周期内，提高第一无线采样传感器的寿命；
各个第二无线采样传感器的低频采样周期T低＝30min，使得各个第二无线采样传感器保持在一个较低的采样周期内，温度阈值分别为(△T1＝2，△T2＝20)，湿度阈值分别为(△H1＝10,△H2＝50)，读取当前温度t1＝17℃，空气湿度h1＝34(％)，设置读取预设时间间隔t间＝30min，30min前，读取温度t0＝15℃，空气湿度h0＝38(％)；
通过上述发明技术方案，温湿度变化量分别为：
△T1＜丨t1-t0丨2＝4＜△T2△H1＜丨h1-h0丨2＝16＜△H2
丨t1-t0丨2和丨h1-h0丨2同时满足判定B，
则通过判定B可以得知第二无线采样传感器的中频采样周期T中约等于3.57min。
此时，第二无线采样传感器实时的对环境温湿度变化进行快速采样，使人们能够直观的了解到环境温湿度的变化情况，而当温湿度变化不大时，第二无线采样传感器又会恢复到低频采样周期，从而只有在环境温湿度变化较大时，第二无线采样传感器才会快速的采样环境数据，环境温湿度稳定，变化不大时，第二无线采样传感器低频采样环境数据，通过各个第一无线采样传感器采样稳定环境数据，保证了环境骤变时的数据采样能力，同时做到了各个第一无线采样传感器和各个第二无线采样传感器的降低功耗以及提高寿命。
上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种环境温湿度监测传感器自适应采样系统，其特征在于：包括控制器、第一无线采样传感器、第二无线采样传感器、数据储存模块、读取模块以及处理分析模块，所述第一无线采样传感器数量为N个且较近设置于采样区域的中心部位，所述第二无线采样传感器数量为M个且设置于采样区域的各个部位，所述控制器均与各个所述第一无线采样传感器以及各个所述第二无线采样传感器信号连接，各个所述第一无线采样传感器以及各个所述第二无线采样传感器均与所述数据储存模块信号连接，所述读取模块与所述数据储存模块电信号连接，所述处理分析模块分别与所述读取模块以及所述控制器电信号连接；
各个所述第一无线采样传感器和各个所述第二无线采样传感器能够将采样的环境温湿度数据发送至所述数据储存模块进行储存；
所述处理分析模块能够控制所述读取模块读取数据储存模块中所储存的环境温湿度数据并进行对比分析，同时根据对比分析结果通过所述控制器发出控制指令控制各个所述第二无线采样传感器改变采样周期。
2.根据权利要求1所述的一种环境温湿度监测传感器自适应采样系统，其特征在于：N个所述第一无线采样传感器均按同一个固定的采样周期采样环境温湿度数据，N个所述第一无线采样传感器分为N批次进行轮流采样。
3.根据权利要求2所述的一种环境温湿度监测传感器自适应采样系统，其特征在于：M个所述第二无线采样传感器初始状态下均按固定的低频采样周期采样环境温湿度数据。
4.根据权利要求3所述的一种环境温湿度监测传感器自适应采样系统的采样方法，其特征在于：所述采样方法包括以下步骤：
①初始状态下，设定所述第一无线采样传感器的固定采样周期为T主，所述第二无线采样传感器的低频采样周期为T低，N个所述第一无线采样传感器分为N批次轮流采样，因此，N个所述第一无线采样传感器采样的环境温湿度数据的共同的实际采样周期为使得N个所述第一无线采样传感器处于一个较高的采样频率；
②各个所述第一无线采样传感器所采样的环境温湿度数据发送至所述数据储存模块进行储存，所述处理分析模块读取数据储存模块中当前时间下的环境温湿度数据t1和h1，同时读取预设时间间隔t间前的环境温湿度数据t0和h0；
③所述处理分析模块设定两档温湿度阈值(△T1，△T2)以及(△H1，△H2)，并且所述处理分析模块计算当前时间下的温湿度与预设时间间隔t间前的温湿度的变化量分别为丨t1-t0丨2和丨h1-h0丨2；
④所述处理分析模块通过比较丨t1-t0丨2、△T1与△T2之间的大小以及丨h1-h0丨2、△H1和△H2之间的大小，根据所得出的结果由控制器发出控制指令改变各个所述第二无线采样传感器的采样周期。
5.根据权利要求4所述的一种环境温湿度监测传感器自适应采样系统的采样方法，其特征在于：所述步骤④中还包括以下判定规则：
A.当丨t1-t0丨2＜△T1或者丨h1-h0丨2＜△H1时，所述处理分析模块不通过所述控制器发出控制指令，此时，各个所述第二无线采样传感器按低频采样周期对环境温湿度进行采样；
B.当△T1＜丨t1-t0丨2＜△T2或者当△H1＜丨h1-h0丨2＜△H2时，所述处理分析模块通过所述控制器发出中频采样指令至各个所述第二无线采样传感器，此时，各个所述第二无线采样传感器按中频采样周期对环境温湿度进行采样；
C.当△T2＜丨t1-t0丨2或者△H2＜丨h1-h0丨2时，所述处理分析模块通过所述控制器发出高频采样指令至各个所述第二无线采样传感器，此时，各个所述第二无线采样传感器按高频采样周期对环境温湿度进行采样；
D.当温湿度变化量中其中一项满足B项判定而另一项同时满足C项判定时，优先采用C项判定中的高频采样周期。
6.根据权利要求5所述的一种环境温湿度监测传感器自适应采样系统的采样方法，其特征在于：所述步骤④中还包括有以下判定流程：
E.若当人为因素导致环境温度在长时间内处于上下大幅波动且满足步骤④中B项或者C项的判定规则时，各个所述第二无线采样传感器处于中频采样周期或者高频采样周期对环境温湿度进行采样，所述处理分析模块监测各个所述第二无线采样传感器的采样时间，并设定中高频采样时间阈值tmax，当各个所述第二无线采样传感器在中频采样周期或者高频采样的持续时长大于tmax后，所述处理分析模块通过所述控制器发出低频采样指令至各个所述第二无线采样传感器，使各个所述第二无线采样传感器恢复至初始状态下均按固定的低频采样周期采样环境温湿度数据。
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