CN201114136Y - 野外无线传感器网络的一体化节点 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种野外无线传感器网络的一体化节点，其包括：用于容置传感器模块及与所述传感器模块相连接的无线传感器网络节点电路的防水透明容置器件、设置在防水透明容置器件的内侧太阳能直射到的面，用于将照射至的太阳光转换为电压信号的光电转换单元、设置在防水透明容置器件内部且设有充电器件，用于将光电转换单元所转换的电压信号对充电器件进行充电以储存电能的储能单元、及设置在防水透明容置器件内部，将储能单元及无线传感器网络节点电路相连接以使储能单元能对所述节点电路进行供电的控制单元，如此可提高供电的可靠性，实现节点的一体化，同时也便于无线传感器网络节点随意布设，尤其可实现在各类恶劣野外环境的布设。

Description

野外无线传感器网络的一体化节点

技术领域

本实用新型涉及无线传感器网络节点，尤其涉及野外无线传感器网络的一体化节点。

背景技术

无线传感器网络综合了传感技术、嵌入式计算、分布式信息处理、无线通信与组网等多种技术，能够协同完成各种需要传感监测的对象的信息采集、处理与无线上传，有效解决信息社会最前端信息采集与传输的问题，可应用的领域极其广泛，被誉为21世纪十大新兴技术之首。

目前，无线传感器网络技术飞速发展，各种无线传感器网络节点层出不穷，但是多数研究仍停留在实验室阶段，距实用有一定距离。而且无线传感器网络在目前互联网已经比较发达的情况下要获得广泛应用，则其应用的环境条件一般都是比较差、且通常是不方便布线或布线成本高的场合。

再有，现有的传感器节点通常采用电池或者是220V电压通过变换进行供电，对于电池，总是会存在有电量耗尽的问题，而通过220V供电，难免会遭遇突然停电的情况，如此就会导致传感器节点无法正常工作。

因此，如何使无线传感器网络能自主供电，进而实现无线传感器网络节点一体化，实已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种野外无线传感器网络的一体化节点，以提高为无线传感器网络节点供电的可靠性，实现无线传感器网络节点的一体化。

为了达到上述的目的，本实用新型提供一种野外无线传感器网络的一体化节点，包括：用于容置传感器模块及与所述传感器模块相连接的无线传感器网络节点电路的防水透明容置器件，其中，所述无线传感器网络节点电路具有外置天线；设置在所述防水透明容置器件的内侧太阳能直射到的面，用于将照射至的太阳光转换为电压信号的光电转换单元；设置在所述防水透明容置器件内部且设有充电器件，用于将所述光电转换单元所转换的电压信号对所述充电器件进行充电以储存电能的储能单元；以及设置在所述防水透明容置器件内部，将所述储能单元及所述无线传感器网络节点电路相连接以使所述储能单元能对所述无线传感器网络节点电路进行供电。

所述光电转换单元可包括太阳能电池板。

所述储能单元还可包括一用于防止所述储能单元储存的电能流向所述光电转换单元的防电流反向器。

所述防电流反向器为二极管。

所述充电器件可为镍氢电池、铅酸电池、或法拉电容。

当所述充电器件为铅酸电池或法拉电容时，所述储能单元还设置有用于稳定所述铅酸电池或法拉电容储存的电能的稳压电路及用于将所述铅酸电池或法拉电容储存的电能转换为所述无线传感器网络节点电路所需要的电能的电源转换电路。

所述控制单元还包括开关。

综上所述，本实用新型的野外无线传感器网络的一体化节点通过太阳能对无线传感器网络节点供电，可使提高传感器节点工作的可靠性，实现节点的一体化，同时也可使无线传感器网络节点无需人工照料，因此可以随意被布放在露天的任何地方，尤其可布放在恶劣的环境中，如此还可省却互联网技术布线的成本。

附图说明

本实用新型的野外无线传感器网络的一体化节点由以下的实施例及附图给出。

图1是本实用新型野外无线传感器网络的一体化节点实施例一的基本结构示意图。

图2是本实用新型野外无线传感器网络的一体化节点实施例二的基本结构示意图。

具体实施方式

以下将对本实用新型的野外无线传感器网络的一体化节点作进一步的详细描述。

实施例一：

请参见图1，所述野外无线传感器网络的一体化节点至少包括：防水透明容置器件、光电转换单元、防电流反向单元、储能单元、及控制单元。

所述防水透明容置器件用于容置传感器模块及与所述传感器模块相连接的无线传感器网络节点电路，其中，所述无线传感器网络节点电路包含传感器接口、微处理器(MCU)、无线通信模块、天线等各部分，传感器接口尽可能不外露，如需要外露需单独防水处理，当野外环境恶劣时，所述防水透明容置器件应具有防水、耐晒、及不易变形等特点，例如，可采用特殊透明材料、耐高温高湿环境、并保证太阳光的透过率的材料制成的具有盖体的方盒。所述传感器模块可包括温湿度或光照度传感器，需注意的是，为使所述传感器模块相连接的无线传感器网络节点电路能正常工作，通常，传感器的探头和天线会外露于所述防水透明容置器件，不过对于光照度传感器，其探头也可不外露，再有，在传输距离较近时传感器的天线也可以选用增益相对较低的内置天线。当天线需要外露时，还要对天线接口单独进行全密封处理。

所述光电转换单元设置在所述防水透明容置器件的内侧太阳光能直射到的面，用于将照射至的太阳光转换为电压信号，通常其可为太阳能电池板，所述太阳能电池板固定在所述方盒的盖体内表面，通常会根据野外布放的节点在无线传感器网络中的作用来确定相应的太阳能电池板的功率大小。

所述储能单元设置在所述防水透明容置器件内部，并设有充电器件，所述储能单元用于将所述光电转换单元所转换的电压信号对所述充电器件进行充电以储存电能，根据节点性质的不同可选用不同的充电器件，例如，当功耗不大时，所述充电器件可采用一般的可充电镍氢电池，如此可使操作十分方便，实际上也就是利用太阳能电池板上的电压来对镍氢电池进行充电。此外，为避免镍氢电池所储存的电能反向流向所述太阳能电池板，故所述储能单元还设置有一防电流反向器，其可为一二极管，所述二极管的正极性端与太阳能电池板相连接，其负极性端与所述镍氢电池相连接，如此，可有效阻止电流反向流动，同时也可也起到调整电压效果。

所述控制单元设置在所述防水透明容置器件内部，将所述充电器件及所述无线传感器网络节点电路相连接以使所述储能单元能对所述无线传感器网络节点电路进行供电，其包括开关，由于所述充电器件为镍氢电池，因此无需进行电压变换，故所述开关可直接分别与镍氢电池及所述节点电路相连接。通常开关可选用防水开关，单独防水处理以耐恶劣环境。

实施例二：

请参见图2，其为本实用新型的野外无线传感器网络的一体化节点的另一结构示意图。所述野外无线传感器网络的一体化节点也至少包括：防水透明容置器件、光电转换单元、防电流反向器、储能单元、及控制单元。其与实施例一不同在于：所述储能单元设置的充电器件采用铅酸电池(功耗很大时采用)或法拉电容(功耗较小时的端机节点采用)，为使其输出的电压稳定，故所述储能单元还设置有用于稳定所述铅酸电池或法拉电容储存的电能的稳压电路，例如，可采用仅由一个稳压管和一个二极管，或者是两个稳压管和一个二极管组成的简易稳压电路，如此即可使铅酸电池的输出控制在理想的范围内，同时还具有防止电流反向流动的作用。相应地，所述储能单元还设置有一电源转换电路，用于将所述铅酸电池或法拉电容储存的电能转换为所述无线传感器网络节点电路所需要的电能，所述电源转换电路为常用的直流(DC)-DC转换电路，其输出电压可调，如此经过电源变换后所述铅酸电池或法拉电容可给所述无线传感器网络节点电路中的无线射频电路进行供电。

需注意的是，当野外无线传感器网络的一体化节点工作在恶劣环境中时，对各组件进行防水处理时除了要考虑密封性本身外，还需要考虑有一定机械强度，以使各组件在防水的同时还能防风，确保十二级风下所述野外无线传感器网络的一体化节点无破损。而且当其全天候工作时，考虑到节点内部昼夜和四季温差可能会很大，例如，在夏季太阳光直射时内部温度可能高达+60℃，而冬天夜晚温度视当地气候条件而定，例如在南方也应考虑到-20℃，因此所有电路的元器件都必须进行筛选，以便各元器件能在-20℃至+70℃范围内正常工作。

综上所述，本实用新型的野外无线传感器网络的一体化节点与现在应用广泛的互联网技术相比较而言，其优势在于能够探测恶劣的环境条件下的周边情况，布放方便，如此可省去互联网技术布线的成本。与现有的室内型的无线传感器网络节点相比较而言，其设计已经无需人工照料，自给供电，而且可以随意被布放在有太阳光照的任何地方，解决了无线传感器网络节点需要有线供电或者更换电池的问题。此外，其也可方便地移植到太阳光照不足但风力较大的阴凉地点，不同的是能源补充由太阳能电池改为小型风力发电装置。由此可见，本实用新型将传感器，网络节点，能量储存和变换多个模块整合为一体，实现了布放方便，既不需要网络布线也不需要供电布线，也不象一般节点一样需要不时更换电池，提高了无线传感器网络节点的移动性和可靠性，实现了节点的一体化。加上对壳体防水透明容置器件的特别处理使其能够工作在条件恶劣的周边环境下，无需人工照料，大大降低了人工成本。这样就使无线传感器节点能进行长时间自主工作，拓宽了无线传感器网络的应用范围。

Claims (7)

1、一种野外无线传感器网络的一体化节点，其特征在于，包括：

防水透明容置器件，用于容置传感器模块及与所述传感器模块相连接的无线传感器网络节点电路，其中，所述无线传感器网络节点电路具有天线；

光电转换单元，设置在所述防水透明容置器件的内侧太阳能直射到的面，用于将照射至的太阳光转换为电压信号；

储能单元，设置在所述防水透明容置器件内部且设有充电器件，用于将所述光电转换单元所转换的电压信号对所述充电器件进行充电以储存电能；以及

控制单元，设置在所述防水透明容置器件内部，将所述储能单元及所述无线传感器网络节点电路相连接以使所述储能单元能对所述无线传感器网络节点电路进行供电。

2、如权利要求1所述的野外无线传感器网络的一体化节点，其特征在于：所述光电转换单元包括太阳能电池板。

3、如权利要求1所述的野外无线传感器网络的一体化节点，其特征在于，所述储能单元还包括一用于防止所述储能单元储存的电能流向所述光电转换单元的防电流反向器。

4、如权利要求3所述的野外无线传感器网络的一体化节点，其特征在于：所述防电流反向器为二极管。

5、如权利要求1所述的野外无线传感器网络的一体化节点，其特征在于：所述充电器件为镍氢电池、铅酸电池、以及法拉电容中的一种。

6、如权利要求5所述的野外无线传感器网络的一体化节点，其特征在于：当所述充电器件为铅酸电池或法拉电容时，所述储能单元还设置有用于稳定所述铅酸电池或法拉电容储存的电能的稳压电路及用于将所述铅酸电池或法拉电容储存的电能转换为所述无线传感器网络节点电路所需要的电能的电源转换电路。

7、如权利要求1或6所述的野外无线传感器网络的一体化节点，其特征在于：所述控制单元包括开关。

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