CN202720001U - 基于无线传感器网络的空气污染实时监测系统 - Google Patents

基于无线传感器网络的空气污染实时监测系统 Download PDF

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吴迪
刘小峰
朱昌平
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Abstract

本实用新型涉及一种基于无线传感器网络的空气污染实时监测系统,包括无线传感器网络监测节点、无线传感器网络汇聚节点、监控子中心、控制终端;本实用新型其设计合理,易于部署,智能化程度高,能够对传感器节点进行空中编程,能够保障无线传感器网络的生存时间,能够灵敏地反映大气污染状况并及时报警,监测区域内的无线传感器网络节点能够方便地进行自组网、可扩展性好,适合推广应用。

Description

基于无线传感器网络的空气污染实时监测系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及的是一种涉及空气污染气体浓度的监测,具体涉及一种基于无线传感器网络的空气污染实时监测系统。
背景技术
[0002] 随着当代社会工业化、城市化的发展,空气污染的状况日益严重,已经引起了广泛重视。为促进我国低碳经济发展模式的形成,对空气环境的监测与治理显得至关重要。随着对空气质量监测需求的增多,环保意识的增强,迫切需要开发一套可扩展性强、价格便宜、容易维护、安全有效、能够实时进行监测的空气污染监测系统。目前,我国对城市空气污染监测的方法主要有:1)传统方法,即人工取样实验室分析的方法。这种方法只能得到监测区域内某段时间内的监测值,无法进行实时监测,监测结果受人为的影响很大。同时,当监测区域有害气体浓度很高时会严重伤害监测人员的身体健康。2)目前比较流行的在线监·测,多采用国外进口的自动化大气环境监测设备进行监测。这种监测方法,尽管能够实现实时监测,但所用设备结构复杂、价格昂贵、难以维护、运营成本高且其工作环境苛刻。
实用新型内容
[0003] 针对现有技术上存在的不足,本实用新型提供一种适合大规模应用的基于无线传感器网络的空气污染实时监测系统。该系统针对当前空气污染监测系统的不足,将无线传感技术、嵌入式技术和无线自组网技术相结合,克服了传统空气污染监测系统的不足。
[0004] 为了实现上述目的,本实用新型是通过如下的技术方案来实现:
[0005] 一种基于无线传感器网络的空气污染实时监测系统,包括无线传感器网络监测节点、无线传感器网络汇聚节点、监控子中心、控制终端;
[0006] 无线传感器网络监测节点,用于从传感器组接收数据并进行预处理后上传给本区域的汇聚节点;
[0007] 无线传感器网络汇聚节点,用于通过无线网从无线传感器网络监测节点接收数据,通过GPRS无线传输方式将数据上传至监控子中心;
[0008] 监控子中心,用于将从无线传感器网络汇聚节点接收的数据进行汇总、分析及处理,并根据预定的门限值,决定是否需要向控制终端及相关人员报警,并将数据通过Internet发送到控制终端;
[0009] 控制终端,用于通过Internet接收各监控子中心发来的监测数据。
[0010] 上述无线传感器网络监测节点包括数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块及电源模块四部分,所述电源模块分别对数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块进行供电。
[0011] 上述数据采集模块包括传感器组以及信号调理电路,实现数据的感知、采集、预处理,所述传感器组用于采集空气温度、湿度、气压、总可吸入颗粒物、CO、CO2, NO, NO2以及SO2。[0012] 上述数据处理模块是单片机Atmegal28L模块,包括处理器、A/D转换电路、存储器以及无线通信接口,所述A/D转换电路将信号调理电路生成的模拟量进行量化、编码,产生相应的数字信号,然后将该数字信号传送给处理器进行处理。
[0013] 上述无线通信模块采用射频模块CC2420,配置倒F型PCB天线,与IEEE 802. 15. 4兼容,工作在2. 4GHz频段,通信范围可达10 m _75m,用于负责收发监测数据及交换控制信息,所述射频模块CC2420通过处理器进行工作。
[0014] 上述无线传感器网络汇聚节点包括数据处理模块、无线通讯模块以及电源模块,所述电源模块为数据处理模块以及无线通讯模块进行供电。
[0015] 上述数据处理模块是CC2430模块,所述CC2430模块包括CC2420RF收发器、8051CPU、存储器、定时器、DMA控制器、AES加密协处理器、ADC模数转换器、输入输出控制器;所述CC2420RF收发器通过在2. 4GHz频段接收无线传感器网络监测节点的射频模块CC2420所发出的数字信号。
[0016] 上述无线通讯模块采用SMCOM公司的GSM/GPRS双频模块SM100模块,可通过GPRS网络与监控子中心进行无线通信。
[0017] 本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0018] I、设计合理,易于部署,能够方便地进行自组网,适合大规模应用;
[0019] 2、既能用普通的五号电池供电,也能用太阳能充电电池供电;
[0020] 3、智能化程度高,能够实时反映监测数据;
[0021] 4、采用自定义的多级异构分簇路由协议,能够实现传感器节点快速自组网,可扩展性好;
[0022] 5、提供报警功能,可由各本地监控子中心利用互联网或3G网络进行网络报警。
附图说明
[0023] 下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用新型;
[0024] 图I为本实用新型的系统框图;
[0025] 图2为无线传感器监测节点的结构框图;
[0026] 图3为无线传感器汇聚节点的结构框图。
具体实施方式
[0027] 为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施方式,进一步阐述本实用新型。
[0028] 如图I所示,一种基于无线传感器网络的空气污染实时监测系统,包括无线传感器网络监测节点、无线传感器网络汇聚节点、监控子中心、控制终端;无线传感器网络监测节点,用于从传感器组接收数据并进行预处理后上传给本区域的汇聚节点;无线传感器网络汇聚节点,用于通过无线网从无线传感器网络监测节点接收数据,通过GPRS无线传输方式将数据上传至监控子中心;监控子中心,用于将从无线传感器网络汇聚节点接收的数据进行汇总、分析及处理,并根据预定的门限值,决定是否需要向控制终端及相关人员报警,并将数据通过Internet发送到控制终端;控制终端,用于通过Internet接收各监控子中心发来的监测数据。[0029] 如图2所示,无线传感器网络监测节点包括数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块及电源模块四部分,电源模块分别对数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块进行供电。数据采集模块包括传感器组以及信号调理电路,实现数据的感知、采集、预处理,所述传感器组用于采集空气温度、湿度、气压、总可吸入颗粒物、CO、C02、N0、NO2以及so2。
[0030] 数据处理模块是单片机Atmegal28L模块,包括处理器、A/D转换电路、存储器以及无线通信接口,所述A/D转换电路将信号调理电路生成的模拟量进行量化、编码,产生相应的数字信号,然后将该数字信号传送给处理器进行处理。
[0031] 无线通信模块采用射频模块CC2420,配置倒F型PCB天线,与IEEE 802. 15. 4兼容,工作在2. 4GHz频段,通信范围可达10 m _75m,用于负责收发监测数据及交换控制信息,所述射频模块CC2420通过处理器进行工作。
[0032] 如图3所示,无线传感器网络汇聚节点包括数据处理模块、无线通讯模块以及电源模块,所述电源模块为数据处理模块以及无线通讯模块进行供电。 [0033] 数据处理模块是CC2430模块,所述CC2430模块包括CC2420RF收发器、8051CPU、存储器、定时器、DMA控制器、AES加密协处理器、ADC模数转换器、输入输出控制器;所述CC2420RF收发器通过在2. 4GHz频段接收无线传感器网络监测节点的射频模块CC2420所发出的数字信号。
[0034] 无线通讯模块采用SMCOM公司的GSM/GPRS双频模块SM100模块,可通过GPRS网络与监控子中心进行无线通信。
[0035] 针对本系统的测试中,在空旷处分别部署了两块监测区域,每块监测区域内部署10个监测节点,两块监测区域共享一个汇聚节点。无线传感器监测节点每隔半个小时进行一次采样,完成一次数据采集、发送之后,自动进入休眠状态,等待下一个采用周期的到来。当所采集的监测数据超过预设的警戒线时可由汇聚节点通过GSM网络直接发送报警短消息或者由所在的监控中心通过Internet发送报警信息。
[0036] 综上所述,本实用新型其设计合理,易于部署,智能化程度高,能够对传感器节点进行空中编程,能够保障无线传感器网络的生存时间,能够灵敏地反映大气污染状况并及时报警,监测区域内的无线传感器网络节点能够方便地进行自组网、可扩展性好,适合推广应用。
[0037] 以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解,本实用新型不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理,在不脱离本实用新型精神和范围的前提下,本实用新型还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1. 一种基于无线传感器网络的空气污染实时监测系统,其特征在于包括无线传感器网络监测节点、无线传感器网络汇聚节点、监控子中心、控制终端; 无线传感器网络监测节点,用于从传感器组接收数据并进行预处理后上传给本区域的汇聚节点; 无线传感器网络汇聚节点,用于通过无线网从无线传感器网络监测节点接收数据,通过GPRS无线传输方式将数据上传至监控子中心; 监控子中心,用于将从无线传感器网络汇聚节点接收的数据进行汇总、分析及处理,并根据预定的门限值,决定是否需要向控制终端及相关人员报警,并将数据通过Internet发送到控制终端; 控制终端,用于通过Internet接收各监控子中心发来的监测数据。
2.根据权利要求I所述的基于无线传感器网络的空气污染实时监测系统,其特征在于所述无线传感器网络监测节点包括数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块及电源模块四部分,所述电源模块分别对数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块进行供电。
3.根据权利要求2所述的基于无线传感器网络的空气污染实时监测系统,其特征在于所述数据采集模块包括传感器组以及信号调理电路,实现数据的感知、采集、预处理,所述传感器组用于采集空气温度、湿度、气压、总可吸入颗粒物、CO、C02、N0、NO2以及so2。
4.根据权利要求2所述的基于无线传感器网络的空气污染实时监测系统,其特征在于所述数据处理模块是单片机Atmegal28L模块,包括处理器、A/D转换电路、存储器以及无线通信接口,所述A/D转换电路将信号调理电路生成的模拟量进行量化、编码,产生相应的数字信号,然后将该数字信号传送给处理器进行处理。
5.根据权利要求2所述的基于无线传感器网络的空气污染实时监测系统,其特征在于所述无线通信模块采用射频模块CC2420,配置倒F型PCB天线,与IEEE 802. 15. 4兼容,工作在2. 4GHz频段,通信范围可达10 m _75m,用于负责收发监测数据及交换控制信息,所述射频模块CC2420通过处理器进行工作。
6.根据权利要求I所述的基于无线传感器网络的空气污染实时监测系统,其特征在于所述无线传感器网络汇聚节点包括数据处理模块、无线通讯模块以及电源模块,所述电源模块为数据处理模块以及无线通讯模块进行供电。
7.根据权利要求5、6任一权利要求所述的基于无线传感器网络的空气污染实时监测系统,其特征在于所述数据处理模块是CC2430模块,所述CC2430模块包括CC2420RF收发器、8051CPU、存储器、定时器、DMA控制器、AES加密协处理器、ADC模数转换器、输入输出控制器;所述CC2420RF收发器通过在2. 4GHz频段接收无线传感器网络监测节点的射频模块CC2420所发出的数字信号。
8.根据权利要求6所述的基于无线传感器网络的空气污染实时监测系统,其特征在于所述无线通讯模块采用SMCOM公司的GSM/GPRS双频模块SM100模块,可通过GPRS网络与监控子中心进行无线通信。
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