CN201937834U - 远距离自动采样测量空气质量的无线传感器节点 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种远距离自动采样测量空气质量的无线传感器节点，包括传感器模块、CPU处理模块、用于自动搜索邻近无线传感器节点并与搜索到节点进行双向通信的短距离无线通信模块、对传感器模块采集数据与CPU处理模块的相关工作参数进行同步存储的数据存储模块、将传感器模块所采集数据进行同步上传的RF收发器、自主定位模块、计时模块和电源模块，CPU处理模块内部集成有对传感器模块采样数据进行自动校验的数据纠错模块。本实用新型安装维护方便、功耗低、信息传送稳定可靠且自定位能力强、通信功能强，能解决现有节点存在的信息采集与传送不准确、数据传输时断时续、节点之间通信能力差、功能单一、寿命短、不便于维护等缺陷。

Description

远距离自动采样测量空气质量的无线传感器节点

技术领域

本实用新型涉及一种无线传感器节点，尤其是涉及一种远距离自动采样测量空气质量的无线传感器节点。

背景技术

随着半导体技术、计算机技术、通信技术等信息技术的发展与高科技的不断进步，人们的生活水平有了很大的提高，环境问题开始引起人们的重视。城市人口居住较为密集，城市周边企业也较多，来自于工业和市民生活所带来的空气污染问题一直是各个国家和市民关注的问题。各个国家和政府也一直在致力于改善城市的生活质量，而改善城市空气质量的第一步就是全面获取和了解城市空气质量参数。以往的做法是采集原始数据后再进行实验室分析，需要投入大量的人力物力，收效甚微。基于无线互联网络的价格低廉、高效的远程检测系统为人们及时掌握瞬息万变的空气质量参数提供了可能。在环境参数检测系统中最重要的是信息采集终端，即传感器节点，传感器节点主要负责数据的采集、传送。每一个远程检测系统都需要在监测区域布置大量的传感器节点。无线传感器网络内的节点大多采用射频收发模块将数据上传至主节点，再与监控中心通信且网络内通信时序由监控中心统一控制。因此，传感器节点就是整个监测网络的基本单元，节点的稳定运行是整个网络可靠性的基本保证，所以在设计时力求简单可靠、功能强大、价格低廉。然而，国内目前所采用的传感器节点在设计和制造方面均不同程度地存在传感器节点信息采集与传送不准确、时断时续、传感器节点之间的通信能力差、传感器节点功能单一、寿命短、不便于维护等多种缺陷和不足。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种远距离自动采样测量空气质量的无线传感器节点，其安装及维护方便、功耗低、信息传送稳定可靠且自定位能力强、通信功能强，能解决现有节点存在的信息采集与传送不准确、数据传输时断时续、节点之间通信能力差、功能单一、寿命短、不便于维护等缺陷。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种远距离自动采样测量空气质量的无线传感器节点，其特征在于：包括由对被监测区域空气质量的相关参数进行实时检测的多个传感器组成的传感器模块、与传感器模块相接的CPU处理模块、与CPU处理模块相接且用于自动搜索邻近无线传感器节点的短距离无线通信模块、按照时间先后顺序对传感器模块所采集的数据与CPU处理模块的相关工作参数进行同步存储并相应建立采样历史记录与工作参数日志的数据存储模块、将传感器模块所采集数据进行同步上传的RF收发器、分别与CPU处理模块相接的自主定位模块和计时模块以及为传感器模块、CPU处理模块、短距离无线通信模块和RF收发器进行供电的电源模块，所述数据存储模块和RF收发器均与CPU处理模块相接，所述CPU处理模块内部集成有对传感器模块所采样数据进行自动校验的数据纠错模块，所述CPU处理模块通过短距离无线通信模块与自动搜索到的邻近无线传感器节点进行双向通信，所述传感器模块、CPU处理模块、短距离无线通信模块和RF收发器均与电源模块相接，且电源模块通过CPU处理模块对自主定位模块和计时模块进行供电。

上述远距离自动采样测量空气质量的无线传感器节点，其特征是：多个所述传感器包括温度传感器、湿度传感器、二氧化硫传感器、二氧化碳传感器和粉尘浓度传感器，所述温度传感器、湿度传感器、二氧化硫传感器、二氧化碳传感器和粉尘浓度传感器均通过传感器接口与CPU处理模块相接。

上述远距离自动采样测量空气质量的无线传感器节点，其特征是：所 述温度传感器、湿度传感器、二氧化硫传感器、二氧化碳传感器和粉尘浓度传感器均为模拟信号传感器且均通过A/D转换器与传感器接口相接。

上述远距离自动采样测量空气质量的无线传感器节点，其特征是：所述CPU处理模块为芯片MCF5307。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、采用低功耗节能单片机，大大延长了电池的使用寿命，传感器节点外壳采用防水、防晒、耐腐蚀、高强度复合材料制成，大大延长了节点工作期限。

2、一个传感器节点可接入一种或多种感知器，各传感器节点信息传播的范围和速度大，传感器工作状态采用远程唤醒机制，能节省电力。

3、传感器节点采用太阳能电池供电，并备有可充电电池，保证节点供电稳定，并且可使整个传感器网络具有可重构和易调整性、方便维护和管理。

4、可通过远程命令对传感器节点进行参数修改和程序升级。

5、节点负责连接无线传感器网络和外部网络的通信(具体通过短距离无线通信模块和RF收发器来实现)，实现两种网络通信协议间的转换，发送控制命令到传感器网络内部节点，以及传送节点的信息到数据中心。

6、智能化程度高且功能多样，可同时执行多种不同的任务：传感器节点在执行数据采集时，可担任数据和命令传输媒介，即根据节点间默认通信协议收集近邻感知节点发来的数据，组成一定大小的数据包存储备份后通过无线网络即RF收发器及时上传至主节点，为建构自组织网络提供技术支持，大大提高了自组织网络运行的稳定性和可靠性。

7、传感器节点间协作进行实时监测、感知、采集、处理和发布各种环境或监测对象的信息，这些信息通过无线方式被发送，并以自组多跳的网络方式传送到主节点，可以无论何时何地都能向人们提供需要的信息。

8、传感器节点间通过无线功能组成网络，彼此通信和交换各种信息，低功耗。低复杂度，低生产成本，综合不同种类的传感器，从而感知不同 种类的信息。此外，功能有限的传感器通过相互协作可以完成更大的感知任务，传感器节点以自组织方式进行通信，每个节点都具备自动搜索、定位和恢复连接的能力。

9、具有一定的存储和计算能力，可以综合考察信息采样历史记录、节点工作参数日志和环境参数等信息，对当前采样数据进行纠错处理。

10、相邻传感器节点间采用短距离无线低功率通信方式进行双向通信，通过多跳中继方式将监测数据传到网关节点。低功耗的多跳通信模式节省功耗，同时增加了通信的隐蔽性，也避免了长距离的无线通信易受外界噪声干扰的影响。

综上所述，本实用新型安装及维护方便、功耗低、信息传送稳定可靠且自定位能力强、通信功能强，能有效对城市各监测点的空气参数进行实时采集和发布，可消除探测区域内的阴影和盲点，节省人力物力，能有效解决现有传感器节点存在的节点信息采集与传送不准确、数据传输时断时续、传感器节点之间的通信能力差、传感器节点功能单一、寿命短、不便于维护等多种缺陷和不足。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图。

附图标记说明：

1-传感器模块；      1-1-温度传感器；    1-2-湿度传感器；

1-3-二氧化硫传感器；1-4-二氧化碳传感器；1-5-粉尘浓度传感器；

1-6-A/D转换器；     2-CPU处理模块；     3-短距离无线通信模

块；

4-数据存储模块；    5-自主定位模块；    6-计时模块；

7-RF收发器；        8-电源模块；        9-数据纠错模块；

10-传感器接口。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括由对被监测区域空气质量的相关参数进行实时检测的多个传感器组成的传感器模块1、与传感器模块1相接的CPU处理模块2、与CPU处理模块2相接且用于自动搜索邻近无线传感器节点的短距离无线通信模块3、按照时间先后顺序对传感器模块1所采集的数据与CPU处理模块2的相关工作参数进行同步存储并相应建立采样历史记录与工作参数日志的数据存储模块4、将传感器模块1所采集数据进行同步上传的RF收发器7、分别与CPU处理模块2相接的自主定位模块5和计时模块6以及为传感器模块1、CPU处理模块2、短距离无线通信模块3和RF收发器7进行供电的电源模块8，所述数据存储模块4和RF收发器7均与CPU处理模块2相接，所述CPU处理模块2内部集成有对传感器模块1所采样数据进行自动校验的数据纠错模块9，所述CPU处理模块2通过短距离无线通信模块3与自动搜索到的邻近无线传感器节点进行双向通信，所述传感器模块1、CPU处理模块2、短距离无线通信模块3和RF收发器7均与电源模块8相接，且电源模块8通过CPU处理模块2对自主定位模块5和计时模块6进行供电。本实施例中，所述电源模块8为太阳能充电电池。

本实施例中，多个所述传感器包括温度传感器1-1、湿度传感器1-2、二氧化硫传感器1-3、二氧化碳传感器1-4和粉尘浓度传感器1-5，所述温度传感器1-1、湿度传感器1-2、二氧化硫传感器1-3、二氧化碳传感器1-4和粉尘浓度传感器1-5均通过传感器接口10与CPU处理模块2相接。实际使用过程中，可以根据实际具体需要对传感器的数量和类型进行相应调整。因而，本实用新型可以实现多种传感器混合应用，即可同时接入至少六种不同种类的传感器，CPU处理模块2将上述传感器所采集数据处理成统一的格式，便于识别和传送。

所述温度传感器1-1、湿度传感器1-2、二氧化硫传感器1-3、二氧化 碳传感器1-4和粉尘浓度传感器1-5均为模拟信号传感器且均通过A/D转换器1-6与传感器接口10相接。本实施例中，所述CPU处理模块2为芯片MCF5307。

实际使用过程中，将数十个本实用新型安置在监测点处，其中一个节点作为主节点，其余节点作为次级节点，启动主节点初始化后，各节点身份识别和调试就自动进行，即可组成一个小型数据采集网络，之后系统主节点或近邻接点根据默认时间间隔转发系统命令至目标传感器节点，目标传感器节点由休眠模式进入工作模式，对接收到的命令进行解析，同时与邻接点进行通信，以生成下一级命令，以逐跳方式传达给紧邻的传感器节点，保证系统发来的命令迅速在系统的整个感知节点内传达。目标节点根据收到的相关命令启动各个传感器，各传感器开始运行，采集模拟量或数字量空气质量信息，这些信息经过A/D转换器1-6处理后进入CPU处理模块2，CPU处理模块2再将采集到的数据组装成通讯包经由RF收发器7将信息通过无线网络逐级上传。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种远距离自动采样测量空气质量的无线传感器节点，其特征在于：包括由对被监测区域空气质量的相关参数进行实时检测的多个传感器组成的传感器模块(1)、与传感器模块(1)相接的CPU处理模块(2)、与CPU处理模块(2)相接且用于自动搜索邻近无线传感器节点的短距离无线通信模块(3)、按照时间先后顺序对传感器模块(1)所采集的数据与CPU处理模块(2)的相关工作参数进行同步存储并相应建立采样历史记录与工作参数日志的数据存储模块(4)、将传感器模块(1)所采集数据进行同步上传的RF收发器(7)、分别与CPU处理模块(2)相接的自主定位模块(5)和计时模块(6)以及为传感器模块(1)、CPU处理模块(2)、短距离无线通信模块(3)和RF收发器(7)进行供电的电源模块(8)，所述数据存储模块(4)和RF收发器(7)均与CPU处理模块(2)相接，所述CPU处理模块(2)内部集成有对传感器模块(1)所采样数据进行自动校验的数据纠错模块(9)，所述CPU处理模块(2)通过短距离无线通信模块(3)与自动搜索到的邻近无线传感器节点进行双向通信，所述传感器模块(1)、CPU处理模块(2)、短距离无线通信模块(3)和RF收发器(7)均与电源模块(8)相接，且电源模块(8)通过CPU处理模块(2)对自主定位模块(5)和计时模块(6)进行供电。

2.按照权利要求1所述的远距离自动采样测量空气质量的无线传感器节点，其特征在于：多个所述传感器包括温度传感器(1-1)、湿度传感器(1-2)、二氧化硫传感器(1-3)、二氧化碳传感器(1-4)和粉尘浓度传感器(1-5)，所述温度传感器(1-1)、湿度传感器(1-2)、二氧化硫传感器(1-3)、二氧化碳传感器(1-4)和粉尘浓度传感器(1-5)均通过传感器接口(10)与CPU处理模块(2)相接。

3.按照权利要求2所述的远距离自动采样测量空气质量的无线传感器节点，其特征在于：所述温度传感器(1-1)、湿度传感器(1-2)、二氧化硫传感器(1-3)、二氧化碳传感器(1-4)和粉尘浓度传感器(1-5) 均为模拟信号传感器且均通过A/D转换器(1-6)与传感器接口(10)相接。

4.按照权利要求1、2或3所述的远距离自动采样测量空气质量的无线传感器节点，其特征在于：所述CPU处理模块(2)为芯片MCF5307。