CN204859569U - 一种无线传感器节点及无线传感器网络节点系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种无线传感器节点及无线传感器网络节点系统，所述无线传感器节点包括依次连接的传感器、A/D转换器和主控制器；所述无线传感器节点还包括不间断电源系统，所述不间断电源系统包括锂电池和太阳能电池板；在所述太阳能电池板输出电压低于第一预设阈值时，所述锂电池为所述无线传感器节点供电；在所述太阳能电池板输出电压大于等于第一预设阈值时，所述太阳能电池板为所述无线传感器节点供电；在所述太阳能电池板输出电压大于等于第二预设阈值时，所述太阳能电池板不但为所述无线传感器节点供电，还为所述锂电池充电。本实用新型能够实现无线传感器节点的长时间工作。
Description
技术领域
本实用新型涉及通信技术领域，具体涉及一种无线传感器节点及无线传感器网络节点系统。
背景技术
由于应用的特殊性，无线传感器网络通常部署于人类难以接近的区域执行长期连续的监测和控制任务，节点的工作寿命和网络的生存时间要求长达数月或数年。而现有无线传感器节点一般采用容量有限的电池供电，对数量巨大的节点更换电池以延长传感器节点寿命是非常困难甚至是不可行的。因此如何能够有效的补充无线传感器节点的电池电能，从而真正的提高节点和网络的工作寿命和生存周期，成为了当前传感器节点硬件设计的核心。
现有无线传感器节点通常使用能量有限的一次性锂亚电池作为能源，现有技术中采用了各种算法来降低系统能耗以提高节点的生命周期，这种方法虽然能够起到一定的节能效果，但一方面但无线传感器节点的功能乃至整个无线传感器网络的功能受到了一定的限制和影响。另一方面，没有补充的能源也会很快耗尽。因此，能源问题就成了制约整个无线传感器网络生命周期的关键因素。
鉴于上述问题，亟需提供一种无线传感器节点，使其能够实现长时间工作，从而提高节点和网络的工作寿命和生存周期。
实用新型内容
针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种无线传感器节点及无线传感器网络节点系统，能够实现无线传感器节点的长时间工作。
第一方面，本实用新型提供一种无线传感器节点，所述无线传感器节点包括依次连接的传感器、A/D转换器和主控制器；
所述无线传感器节点还包括不间断电源系统，所述不间断电源系统包括锂电池和太阳能电池板；
在所述太阳能电池板输出电压低于第一预设阈值时，所述锂电池为所述无线传感器节点供电；
在所述太阳能电池板输出电压大于等于第一预设阈值时，所述太阳能电池板为所述无线传感器节点供电。
在所述太阳能电池板输出电压大于等于第二预设阈值时，所述太阳能电池板不但为所述无线传感器节点供电，还为所述锂电池充电。
优选地，所述的无线传感器节点还包括控制开关，所述控制开关用于在第一预设时间点打开所述不间断电源系统，且在与所述第一预设时间点对应的第二预设时间点关闭所述不间断电源系统。
优选地，所述第一预设时间点和第二预设时间点的个数为一个以上。
优选地，所述A/D转换器为24位的数模转换芯片。
优选地，所述A/D转换器为AD7799数模转换芯片。
优选地，所述传感器和所述A/D转换器之间设置有低通滤波器，所述低通滤波器用于滤掉所述传感器采集的数据中的电源串扰信号。
优选地，所述主控制器中设置有无线收发模块；
所述A/D转换器和所述主控制器之间设置有具有预设阻抗值的磁珠，所述磁珠用于将无线收发模块的电源和地与A/D转换器的电源和地进行隔离，为A/D转换器提供一个纯净的电源和地。
第二方面，本实用新型提供一种无线传感器网络节点系统，包括汇聚节点、数据中心和多个无线传感器节点；
每个所述无线传感器节点将采集的数据通过短距离无线方式发送给所述汇聚节点；
所述汇聚节点通过长距离无线通信方式将所述多个无线传感器节点采集的数据发送给数据中心。
优选地，所述短距离无线通信方式为ZigBee通信。
优选地，所述长距离无线通信方式包括GPRS通信和短信息SMS通信。
由上述技术方案可知，本实用新型的无线传感器节点及无线传感器网络节点系统，通过设置不间断电源系统，所述不间断电源系统包括锂电池和太阳能电池板，所述不间断电源系统不但能为所述无线传感器节点提供不间断的供电，并能够为其中的锂电池充电，从而使得无线传感器节点能够实现长时间工作，因而提高了节点和网络的工作寿命和生存周期。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例一提供的无线传感器节点的结构示意图；
图2是本实用新型实施例的一的优选实施例提供的无线传感器节点的结构示意图；
图3是本实用新型实施例二提供的无线传感器网络节点系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图1示出了本实用新型实施例一提供的无线传感器节点的结构示意图，所述无线传感器节点包括依次连接的传感器11、A/D转换器12和主控制器13；
所述无线传感器节点还包括不间断电源系统14，所述不间断电源系统包括锂电池和太阳能电池板；
在所述太阳能电池板输出电压低于第一预设阈值时，所述锂电池为所述无线传感器节点供电；
在所述太阳能电池板输出电压大于等于第一预设阈值时，所述太阳能电池板为所述无线传感器节点供电。
在所述太阳能电池板输出电压大于等于第二预设阈值时，所述太阳能电池板不但为所述无线传感器节点供电，还为所述锂电池充电。
优选地，所述第一预设阈值为2.6V。
优选地，所述第二预设阈值为3.0V。
本实用新型实施例所述的无线传感器节点，通过设置不间断电源系统，所述不间断电源系统包括锂电池和太阳能电池板，所述不间断电源系统不但能为所述无线传感器节点提供不间断的供电，并能够为其中的锂电池充电，从而使得无线传感器节点能够实现长时间工作，因而提高了节点和网络的工作寿命和生存周期。
无线传感器节点所接的传感器主要采用2.5V供电电压，虽然对电流要求普遍较小，但如果传感器长时间不间断的使用依然会造成电能的快速流失，使锂电池长期处在充电状态。由于锂电池充放电次数有限，长期充电会使锂电池失效。为此，为了进一步提高节点工作寿命，减少电池能量消耗，只在传感器节点需要感知时再打开电源，在其他时间关闭电源。
因此，在本实用新型实施例一的一个优选实施例中，参见图2，所述无线传感器节点还包括控制开关15，所述控制开关15用于在第一预设时间点打开所述不间断电源系统，且在与所述第一预设时间点对应的第二预设时间点关闭所述不间断电源系统。
由于所述传感器节点需要感知数据的时间可能为多个间隔的时间段，因此所述第一预设时间点和第二预设时间点的个数为一个以上。
例如，传感器节点需要感知数据的时间段为9:00～11:00、14:00～16:00和19:00～20:00，那么所述控制开关15在第一预设时间点9:00打开所述不间断电源系统，且在与所述第一预设时间点9:00对应的第二预设时间点11:00关闭所述不间断电源系统；
且所述控制开关15在第一预设时间点14:00打开所述不间断电源系统，且在与所述第一预设时间点14:00对应的第二预设时间点16:00关闭所述不间断电源系统；
且所述控制开关15在第一预设时间点19:00打开所述不间断电源系统，且在与所述第一预设时间点19:00对应的第二预设时间点20:00关闭所述不间断电源系统。
其中，所述A/D转换器为24位的数模转换芯片。
为了提高数据采集的精度，所述A/D转换器采用24位的数模转换芯片。
优选地，所述A/D转换器为24位的AD7799数模转换芯片。
影响传感器数据采集误差的主要因素有来自射频模块的高频串扰和来自传感器本身的电源串扰。
为了降低来自传感器本身的电源串扰，参见图2，在本实用新型实施例一的一个优选实施例中，所述传感器11和所述A/D转换器12之间设置有低通滤波器16，所述低通滤波器16用于滤掉所述传感器采集的数据中的电源串扰信号，所述低通滤波器16滤掉高于50Hz的串扰信号。
其中，所述主控制器中设置有无线收发模块。
除了传感器本身的电源串扰外，其他串扰都是通过电源和地传入ADC采样通道。为了降低来自电源和地的串扰，参见图2，在本实用新型实施例一的一个优选实施例中，所述A/D转换器12和所述主控制器13之间设置有具有预设阻抗值的磁珠17，所述磁珠17用于将无线收发模块的电源和地与A/D转换器的电源和地进行隔离，为A/D转换器提供一个纯净的电源和地。
优选地，所述预设阻抗值为300欧。
图3示出了本实用新型实施例二无线传感器网络节点系统的结构示意图。所述无线传感器网络节点系统包括汇聚节点21、数据中心22和多个无线传感器节点23；
每个所述无线传感器节点23将采集的数据通过短距离无线方式发送给所述汇聚节点21；
所述汇聚节点21通过长距离无线通信方式将所述多个无线传感器节点23采集的数据发送给数据中心22。
所述数据中心22用于存储所述多个无线传感器节点23采集的数据。
其中，所述短距离无线通信方式为ZigBee通信。
其中，所述长距离无线通信方式包括GPRS和短信息SMS通信。
汇聚节点是无线传感器节点和数据中心进行数据交换的中间部件。其功能主要是通过无线传感器网络接收来自于传感器节点的数据和向数据中心发送数据。本发明实现了汇聚节点和数据中心的GPRS和短信SMS远程通信功能，克服了传统有线通信对传感器网络所造成的应用局限性。
本实用新型实施例所述的无线传感器网络节点系统，其有益效果和实施例一所述的无线传感器节点类似，在此不再赘述。
以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种无线传感器节点，其特征在于，所述无线传感器节点包括依次连接的传感器、A/D转换器和主控制器；
所述无线传感器节点还包括不间断电源系统，所述不间断电源系统包括锂电池和太阳能电池板；
在所述太阳能电池板输出电压低于第一预设阈值时，所述锂电池为所述无线传感器节点供电；
在所述太阳能电池板输出电压大于等于第一预设阈值时，所述太阳能电池板为所述无线传感器节点供电；
在所述太阳能电池板输出电压大于等于第二预设阈值时，所述太阳能电池板不但为所述无线传感器节点供电，还为所述锂电池充电。
2.根据权利要求1所述的无线传感器节点，其特征在于，还包括控制开关，所述控制开关用于在第一预设时间点打开所述不间断电源系统，且在与所述第一预设时间点对应的第二预设时间点关闭所述不间断电源系统。
3.根据权利要求2所述的无线传感器节点，其特征在于，所述第一预设时间点和第二预设时间点的个数为一个以上。
4.根据权利要求1～3任一所述的无线传感器节点，其特征在于，所述A/D转换器为24位的数模转换芯片。
5.根据权利要求4所述的无线传感器节点，其特征在于，所述A/D转换器为AD7799数模转换芯片。
6.根据权利要求1、2、3、5任一所述的无线传感器节点，其特征在于，所述传感器和所述A/D转换器之间设置有低通滤波器，所述低通滤波器用于滤掉所述传感器采集的数据中的电源串扰信号。
7.根据权利要求1、2、3、5任一所述的无线传感器节点，其特征在于，所述主控制器中设置有无线收发模块；
所述A/D转换器和所述主控制器之间设置有具有预设阻抗值的磁珠，所述磁珠用于将无线收发模块的电源和地与A/D转换器的电源和地进行隔离，为A/D转换器提供一个纯净的电源和地。
8.一种无线传感器网络节点系统，其特征在于，包括汇聚节点、数据中心和多个如权利要1、2、3、5任一所述的无线传感器节点；
每个所述无线传感器节点将采集的数据通过短距离无线方式发送给所述汇聚节点；
所述汇聚节点通过长距离无线通信方式将所述多个无线传感器节点采集的数据发送给数据中心。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述短距离无线通信方式为ZigBee通信。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述长距离无线通信方式包括GPRS通信和短信息SMS通信。
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| CN201520100577.XU CN204859569U (zh) | 2015-02-12 | 2015-02-12 | 一种无线传感器节点及无线传感器网络节点系统 |
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|---|---|---|---|---|
| CN109471036A (zh) * | 2018-09-03 | 2019-03-15 | 北京必创科技股份有限公司 | 一种传感器网络节点电池评估和预警方法 |
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