CN202582603U

CN202582603U - 水环境监测传感网汇聚节点

Info

Publication number: CN202582603U
Application number: CN 201220191032
Authority: CN
Inventors: 吕莉; 刘志明; 侯家振; 樊棠怀; 王颖
Original assignee: Nanchang Institute of Technology
Current assignee: Nanchang Institute of Technology
Priority date: 2012-05-02
Filing date: 2012-05-02
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2022-05-02

Abstract

本实用新型涉及一种水环境监测传感网汇聚节点，其包括：用于连接传感器组以获取温度、湿度和水流速度数据的传感器接口、与该传感器接口相连的数据处理模块、与该数据处理模块的通讯端相连的无线收发器。本实用新型的水环境监测传感网汇聚节点包括单片机C8051F及CC1020芯片，C8051F单片机功能齐全，是真正的混合信号片上系统。CC1020是理想的超高频UHF单片收发器。其电压低、功率消耗少、灵敏度高、体积小，只需要少量的外部原件即可组成收发电路。主要用于ISM(工业、科研及医疗)频带和在426/429/433/868/915MHz频带的SRD(ShortRangeDevice－近距离设备)中。

Description

水环境监测传感网汇聚节点

技术领域

本实用新型涉及一种水环境监测传感网汇聚节点。

背景技术

水情自动测报是采用现代科技对水文信息进行实时遥测、传送和处理的专门技术，是有效解决江河流域及水库洪水预报、防洪调度及水资源合理利用的先进手段。它综合了水文、电子、电信、传感器和计算机等多学科的有关最新成果，用于水文测量和计算，提高了水情测报速度和洪水预报精度，改变了以往仅靠人工测量水情数据的落后状况，扩大了水情测报范围，对江河流域及水库安全度汛和电厂经济运行以及水资源合理利用等方面都能发挥重大作用。

水情汇聚节点就是水情测报系统中重要的一部分。结合无线传感器网络技术，可以很好的做到信息及时采集，分析，做出准确预报，减少灾害带来的损失。无线传感器网络体系结构，通常包括传感器节点、汇聚节点、外部网络和用户界面。大量传感器节点随机部署在感知区域内部或附近，能够通过自组织方式构成网络，传感器节点将采集到的数据沿着其他传感器节点逐跳进行传输，在传输过程中所采集的数据可能被多个节点处理，经过多跳路由后到汇聚节点，再由汇聚节点通过外部网络把数据传送到处理中心进行集中处理。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、可靠性较高且成本较低的水环境监测传感网汇聚节点。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的水环境监测传感网汇聚节点，其特点是包括：用于连接传感器组以获取温度、湿度和水流速度数据的传感器接口、与该传感器接口相连的数据处理模块、与该数据处理模块的通讯端相连的无线收发器。

具体地，所述数据处理模块采用型号为C8051F的单片机。

具体地，所述无线收发器采用型号为CC1020的超高频UHF单片收发器。

具体地，电源模块与所述传感器接口、数据处理模块和无线收发器相连。

本实用新型具有的技术效果：

（1）本实用新型的水环境监测传感网汇聚节点包括单片机C8051F及CC1020芯片，C8051F单片机功能齐全，性能优异，是真正的混合信号片上系统。CC1020是一种理想的超高频UHF单片收发器。其电压低、功率消耗少、灵敏度高、体积小，只需要少量的外部原件即可组成收发电路。主要用于ISM(工业、科研及医疗)频带和在426/429/433/868/915MHz频带的SRD(Short Range Device－近距离设备)中，也可经编程后用于频率为402MHz-470MHz和804MHz-940MHz的多信道设备。

（2）传感器节点完成对周围环境中对象的感知并进行适当的处理后，将测量值无线传送给监控中心。因此，传感器节点的基本功能是：准确地采集环境参数的值，并进行初步的处理，遇险情时进行声光报警；接收监控中心的数据请求命令，将采集的数据发往监控中心等。

（3）数据处理模块用来进行节点设备控制、任务调度、能量计算、功能协调等；无线收发器用来进行节点之间的数据发送、频率选择等，传感器用来进行外部传感器信号的接收、转换，能量供应模块为传感器节点提供必要的能量。

（4）传感器组由传感器、放大器及调制电路组成，完成被测非电流向电量的转换，并进行初步处理，例如信号的整形、放大等，然后送到通用电路，完成模拟量向数据量的转换并进行适当的处理后送往无线收发模块，无线收发模块将其无线发送出去。通用电路也处理无线收发模块接收来的信号，电源部分给整个传感器节点提供所需要的能量。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1是本实用新型的水环境监测传感网汇聚节点的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型进行详细说明：

如图1，本实施例的水环境监测传感网汇聚节点，其包括：用于连接传感器组以获取温度、湿度和水流速度数据的传感器接口、与该传感器接口相连的数据处理模块、与该数据处理模块的通讯端相连的无线收发器。

所述数据处理模块采用型号为C8051F的单片机。

所述无线收发器采用型号为CC1020的超高频UHF单片收发器。

电源模块与所述传感器接口、数据处理模块和无线收发器相连。

CC1020是一台被设计为非常低功率和非常低电压无线应用的真正的单片UHF收发器。电路主要设计为ISM(工业,科学和医疗)和SRD(短距离设备)频带在402,424,426,429,433,447,449,469,868和915兆赫,但能容易被编程为多信道操作并其频率在402-470和804-940兆赫范围。

CC1020特别适用于窄频带系统以12.5或25千赫信道间隔并遵照ARIBSTDT-67和EN300220。

CC1020主要操作参数能通过连续总线来配置,因而CC1020是一台非常灵活和容易使用的收发器。

在一个典型的系统里，CC1020和一个微控制器及若干被动元件一起使用。CC1020基于0.35umCMOS的Chipcon的SmartRF-2技术。

工作时，首先是对C8051F及CC1020进行初始化，设置参数，然后置CC1020为发送状态，用16帧广播帧传输，它的作用就是让传感器节点接收，接收到广播帧时延迟后发送数据。然后再置CC1020为发送状态，转换过程由定时器来控制，处于发送状态时定时器工作，当定时器没溢出时则处于接收状态，接收到后通过串口在PC机上显示出来，当定时器溢出时则切换到发送状态，此时定时器关闭，不工作。

传感器节点在绝大多数时间保持“沉默”，但一旦监测到数据则立即进人活动状态。所有节点共同合作完成一个共同的任务。传感器节点硬件通信架构的设计必须充分考虑电池方面的限制。一般情况下，节点支持以下功能：动态配置，以支持多种网络功能；节点可以动态配置成网关，普通节点等；远程可编程，以便增加新的功能，比如，支持新的信号处理算法，定位功能，以便确定自己的绝对或者相对位置，比如，利用全球定位系统；支持低功耗的网络传输；支持长距离通信的能力，以便数据传输，比如网关之间的通信。在部署前，只需要少量的预配置。

水环境监测传感网汇聚节点执行以下操作：

①通过传感器获取数据。

②通过模数转换器（AD／DC）转化成数字形式，传递给数据处理模块。

③数据处理模块一般是与存储部件紧密结合，根据从数据采集模块和无线收发器传送过来的数据完成数据融合、节点定位等各种计算功能。在加解密操作中，CPU的计算能力和节点的存储能力（程序代码存储、动态数据存储、公共参数存储等）是必须要考虑的参数，CPU计算与存储器I／O的优化设计会很大程度提高计算效率。

④无线收发器负责该节点与其他节点或者网络代理等设备之间的无线通信，即无线信号的收发功能，一般被认为是整个结构中耗能最大的部分，从物理层到应用层各层面的设计都要将低能耗作为最主要的设计目标之一。

⑤能量供应模块在水环境监测传感网汇聚节点中至关重要，为传感器节点各部件提供能量。需要长时间数据采集的传感器有的会需要太阳能、人体电能等周边能量收集、无线充电以及移动机器人充电等方式来维持节点的正常运转。节点各部件之间的协同也需要精心设置，如当节点部件工作电压由2.7V降到2.V时，在同样电能的情况下，节点生命周期可能会延长5倍，所以当前根据传感器节点在不同时段的不同工作模式采用动态功率管理、动态电压调度等进行能量管理和控制。

电池的容量决定了传感器节点的寿命。即使使用了环境能量汲取技术，还没有足够的研究表明这种能量供给已经能够满足节点的工作需要。因此一般情况下，我们假设传感器节点的电池容量是有限的，我们必须采用各种手段来降低电池能量的消耗。为了节省能耗，微处理器一般有两种运行模式：运行模式和休眠模式。在休眠模式中，节点能量的消耗要远远小于运行模式。

被测物理信号不同，传感器类型也不同。在不同的应用中，传感器可以采集不同类型的信号，包括振动信号、声音信号、电磁信号、红外信号、雷达信号等。采集的信号一般都是模拟信号，通过一个转换部件将模拟信号转化为数字信号，然后输人到处理单元。数据采集是实时的，但数据传输却不一定是实时的。

传感器节点需要一个嵌人式操作系统来管理各种资源和支持各种应用。操作系统可以选择现有的各种商用嵌人式操作系统，如在WINSNG中就采用微软的WindowsCE操作系统，也可以自己开发特定的操作系统，如UCBerkeley为此专门开发了TinyOS操作系统。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本实用新型的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims

1.一种水环境监测传感网汇聚节点，其特征在于包括：用于连接传感器组以获取温度、湿度和水流速度数据的传感器接口、与该传感器接口相连的数据处理模块、与该数据处理模块的通讯端相连的无线收发器。

2.根据权利要求1所述的水环境监测传感网汇聚节点，其特征在于：所述数据处理模块采用型号为C8051F的单片机。

3.根据权利要求1所述的水环境监测传感网汇聚节点，其特征在于：所述无线收发器采用型号为CC1020的超高频UHF单片收发器。

4.根据权利要求1所述的水环境监测传感网汇聚节点，其特征在于：一电源模块与所述传感器接口、数据处理模块和无线收发器相连。