CN1696988A - 用于无线网络的无线传感单元及其远程控制方法 - Google Patents

Abstract

一种无线传感单元及其数据采集和传输的远程控制方法，涉及电子传感技术领域；无线传感单元包括传感器、A/D转换模块、GPRS无线上网模块、存储器和微处理器，其中传感器经A/D转换模块连接微处理器，微处理器分别连接存储器和GPRS无线上网模块，还包括连接微处理器的GPS全球定位模块；GPRS无线上网模块和GPS全球定位模块分别设有收发天线；微处理器根据GPS的授时信号实现测量信号的同步采集、根据GPS的定位信号实现对位移的监测，并根据GPRS模块接收的远程控制信号中的采集指令进行数据采集及传输，同时微处理器将采集的经过自处理或未经自处理的数据在存储器内进行数据备份。

Description

用于无线网络的无线传感单元及其远程控制方法

技术领域

本发明涉及电子传感技术，特别是涉及一种用于无线网络的无线传感单元及其数据采集及传输的远程控制方法。

背景技术

无线传感网络在国内外都属于新兴事物，在无线监测方面发展得十分迅猛，目前的主要研究和应用集中在水利水文监测，环境污染监测，热网监测，石油管线监测，远程电力抄表系统等数据的远程传输领域；但其主要是静态数据的采集和传输。

无线传感网络的理想构架是低成本布设、低功耗运行、高效率监测。就目前发展的技术水平来看，还存在以下不足之处：

1)无线带宽构成了无线传感网络的瓶颈：目前无线方式主要用于静态数据的传输，例如环境温度、江河水位、空气质量等。然而对于动态数据的采集和传输，由于动态信号的采集需要较高的采集频率，无线带宽确远远低于有线方式，因此较高频率的动态信号是无法采用无线的方式进行采集和传输的；针对这个问题已有一些解决的方法，例如局部采用高速无线网络，但局部的高速无线网络依然无法与有线的方式相媲美，信号的采集都有一定的滞后；

2)网络容错能力较低：无线传感网络布设面积通常较大，节点传感单元较多，在恶劣的环境条件下难免发生个别传感单元失效的问题，这个时候要保证整个传感网络的可靠性。就目前的技术来看，由于布设网络的方式不够科学，个别传感单元的失效会导致监测数据的不完整，使得我们无法获得关于监测对象的完整信息，从而使整个的监测效果大打折扣；

3)海量数据的处理问题：随着无线传感网络的布设范围扩大，各个传感单元向数据处理中心传送的数据总和会大大增加，这样就对数据处理中心的数据处理算法提出了挑战，关于海量数据处理和存储的算法有待进一步研究解决；

4)动态数据的采集及传输问题：目前的无线数传模块只能传输静态的数据信号，不适合直接用于动态数据的采集及传输；

5)随着无线传感网络的布设范围扩大，多个无线传感单元的信号同步采集问题没有得到很好解决，影响了对监测结构整体性能的把握；

6)传感单元智能化的问题：被动接受上位机指示的传感单元无法自主适应监测网络的优化要求，对于监测数据也只能机械的传输与备份，其结果是严重影响了网络的生存能力和数据传输效率。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能远程控制、能数据备份、能实现同步信号采集、能实现位移监测、能实现采集信号的并行处理，用于无线网络的无线传感单元及其数据采集及传输的远程控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种用于无线网络的无线传感单元，包括传感器、A/D转换模块、GPRS无线上网模块、GPS模块、存储器和微处理器，其中传感器经A/D转换模块连接微处理器，微处理器分别连接存储器和GPRS无线上网模块，还包括连接微处理器的GPS全球定位模块；GPRS无线上网模块和GPS全球定位模块分别设有收发天线；微处理器根据GPS的授时信号实现无线传感单元测量信号的同步采集、根据GPS的定位信号实现无线传感单元的加速度和位移的同步监测，并根据GPRS模块接收的无线传感单元的远程控制信号中关于采集频率、采集时间长度、采集方式和传输方式的指令进行数据采集及传输，同时微处理器将采集的经过自处理或未经自处理的数据在存储器内进行数据备份；所述无线传感单元为智能传感单元，具有对采集数据的自处理能力以及与其它传感单元的互动功能。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种用于无线网络的无线传感单元中数据采集及传输的远程控制方法，其步骤如下：

a)上位机信号采集分析软件向远程控制软件发出采集指令；

b)远程控制软件向服务器发送命令，服务器通过无线网络对相应无线传感单元发出采集指令，指令信息包含采集频率、采集时间长度、采集方式和传输方式；

c)无线传感单元接收采集指令后进行采集并存储数据到自身的存储器内，同时决定是否进行自处理；

d)无线传感单元将需要传输的数据通过互联网络传输到服务器，服务器将采集数据转发给上位机的远程控制软件；

e)远程控制软件校验数据包是否有效并存储至数据库；

f)信号采集分析软件从数据库读数据进行分析并将结果写回数据库。

在步骤a)中，指令包含如下信息：

a.操作通道号；

b.采集频率；

c.采集时间长度；

d.采集方式(同步/不同步、自处理/不自处理)；

e.传输方式(传输间隔，数据包大小)。

本发明提供的用于无线网络的无线传感单元的有益效果：

1)采用无线方式对加速度信号进行测量，实现实时在线监测；

2)采样率可由计算机进行远程控制，并可在采集过程中完成；

3)无线传感单元内置大容量存储器用于数据备份，以便在数据传输过程中出现丢包现象时，可以自动寻回；

4)采用GPS系统授时，以实现多无线传感单元同步信号采集；

5)采用GPS差分系统，直接得到无线传感单元的位置信息，实现对加速度和位移的监测；

6)采用可更换芯片设计，实现多无线传感单元信息的并行处理，使每个无线传感单元节点均作为一个处理器，从而极大地减少数据的传输量，节省了网络资源，同时因数据的分布处理，解决了数据的海量处理问题；

7)可根据远程控制指令实现数据不处理传输和处理后传输两种模式；

8)同时具有无线和有线两种接口。

附图说明

图1是本发明的无线传感网络的结构示意图；

图2是本发明实施例的无线传感单元结构示意框图；

图3是本发明实施例的无线传感单元电路原理图；

图4是本发明实施例的无线传感采集方式的流程框图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

本发明的无线传感网络的结构参见图1所示，设有加速度传感器1的无线传感单元2经GPRS无线网络3连接因特网4，并通过因特网4连接对无线传感单元2的数据采集及传输进行远程操控的服务器5和数据处理中心6。在本发明的其它实施例中，无线传感单元也可设有位移传感器。

本发明实施例的无线传感单元结构如图2所示，无线传感单元由加速度传感器、A/D转换模块、GPRS无线上网模块、GPS全球定位模块、数据处理芯片等组成，其中包括AD采样、缓存、总线通信和数据处理的单片机系统分别连接加速度传感器、GPRS无线上网模块和GPS全球定位模块；GPRS无线上网模块和GPS全球定位模块分别设有收发天线。在本发明的其它实施例中，无线传感单元中的传感器也可是位移传感器。

本发明实施例的无线传感单元电路原理如图3所示，信号调整模块经AD采样模块、SPI总线连接微处理器，基准电压模块连接AD采样模块，微处理器分别连接逻辑控制模块、电平转换模块和经SPI总线连接闪存，逻辑控制模块连接电平转换模块，电平转换模块分别经RS232串口连接GPS模块和GPRS数传模块，电平转换模块还设有经RS232串口连接的有线接口(图中未示)；加速度传感器的测量信号Vi经信号调整模块调整在0.5V之间，由AD采样模块模数转换后，其数据信号经SPI总线输入微处理器，GPRS数传模块从GPRS无线网络接收无线传感单元的远程控制信号经RS232串口、电平转换模块输入微处理器，同时GPS模块将接收的授时、定位信号经RS232串口、电平转换模块输入微处理器；微处理器根据GPS的授时信号实现无线传感单元测量信号的同步采集、根据GPS的定位信号实现无线传感单元的加速度和位移的同步监测，并根据GPRS数传模块接收的无线传感单元的远程控制信号中关于采集频率、采集时间长度和采集方式的指令进行数据采集及传输，同时微处理器将采集的经过自处理或未经自处理的数据在闪存内进行数据备份。

本发明上述实施例所采用元器件如下：

AD转换模块为Burr-Brown公司的ADS8325，

微处理机为AT89C52，

基准电压模块为LM339，

闪存为ATMEL公司的4M容量的AT45DB041，

电平转换模块为MAX202，

GPS模块为GARMIN公司的GPS OEM产品，属于12通道的GPS接收产品，可以同时跟踪12颗卫星，数据更新率为每秒一次，从而可以快速准确的定位。

对于无线传感单元数据采集及传输的远程控制软件是采用汇编语言以及VB开发而成的，该软件的主要功能是通过无线网络对无线传感单元进行远程控制。

本发明提供的无线传感单元中数据采集及传输的远程控制的方法，其步骤如图4所示：

1)上位机信号采集分析软件向远程控制软件发出采集指令，指令包含如下信息：

a.操作通道号；

b.采集频率；

c.采集时间长度；

d.采集方式(同步/不同步、自处理/不自处理)；

e.传输方式(传输间隔，数据包大小)；

2)远程控制软件向服务器发送命令，服务器通过无线网络对相应无线传感单元发出采集指令，指令信息包含采集频率、采集时间长度、采集方式和传输方式；

3)无线传感单元接收采集指令后进行采集并存储数据到自身闪存，同时决定是否进行自处理；

4)无线传感单元将需要传输的数据通过无线网络、互联网络传输到服务器，服务器将采集数据转发给上位机的远程控制软件；

5)远程控制软件校验数据包是否有效并存储至数据库；

6)信号采集分析软件从数据库读数据进行分析并将结果写回数据库。

Claims (5)

1.一种用于无线网络的无线传感单元，包括传感器、A/D转换模块、GPRS无线上网模块、GPS模块、存储器和微处理器，其中传感器经A/D转换模块连接微处理器，微处理器分别连接存储器和GPRS无线上网模块，GPRS无线上网模块设有收发天线，其特征在于，还包括连接微处理器的GPS全球定位模块，GPS全球定位模块设有收发天线；上述微处理器根据GPS的授时信号实现测量信号的同步采集、根据GPS的定位信号实现位移的监测，并根据GPRS模块接收的远程控制信号中关于采集频率、采集时间长度、采集方式和传输方式的指令进行数据采集及传输，同时微处理器根据数据特点将采集的经过自处理或未经自处理的数据在存储器内进行数据备份；所述无线传感单元为智能传感单元，具有对采集数据的自处理能力以及与其它传感单元的互动功能。

2.根据权利要求1所述的用于无线网络的无线传感单元，其特征是，所述存储器为闪存。

3.根据权利要求1所述的用于无线网络的无线传感单元，其特征是，所述无线传感单元设有有线接口。

4.一种用于无线网络的无线传感单元中数据采集及传输的远程控制方法，其特征在于，方法的步骤如下：

a)上位机信号采集分析软件向远程控制软件发出采集指令；

b)远程控制软件向服务器发送命令，服务器通过互联网络对相应无线传感单元发出采集指令，指令信息包含采集频率、采集时间长度、采集方式和传输方式；

c)无线传感单元接收采集指令后进行采集并存储数据到自身的存储器内，同时决定是否进行自处理；

d)无线传感单元将需要传输的数据通过互联网络传输到服务器，服务器将采集数据转发给上位机的远程控制软件；

e)远程控制软件校验数据包是否有效并存储至数据库；

f)信号采集分析软件从数据库读数据进行分析并将结果写回数据库。

5.根据权利要求4所述的用于无线网络的无线传感单元中数据采集及传输的远程控制方法，其特征是，所述的步骤a)中，指令包含如下信息：

a.操作通道号；

b.采集频率；

c.采集时间长度；

d.采集方式；

e.传输方式。

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