TW201822579A - 一種偵測空間物體與溫度的無線裝置與方法 - Google Patents

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Abstract

本發明是一種偵測空間物體與溫度的無線裝置與方法，透過數個特殊無線端點設備的布置，偵測有限空間的使用狀態與溫度，並透過直接或間接無線傳輸收集每一無線端點的偵測數據隨時瞭解特定空間的狀況。

Description

一種偵測空間物體與溫度的無線裝置與方法
本發明是關於一種偵測空間物體與溫度的無線裝置與方法，能夠偵測有限空間中存在的物體與溫度，並以無線方式傳輸數據適用於感測與收集資料的應用例如停車位管理、保全侵入/火災偵測預警等。
當前偵測空間物體方法主要分為1.)主動：以超聲波感測器測距變化或發射紅外線與接收訊號以了解空間有無物體。2.)被動：物體發出特定電波(人體紅外線)，感測器接收特定頻段訊號以判別空間物體的存在，或以壓力感測器感測物體的重量。各種方法各有其限制與實施困難度，且數據的收集多以有線方式或額外以無線傳輸收發器收集資料，面臨佈置的成本與複雜度和能源的消耗等問題，且並無以標準短距離無線規範的接收訊號作為偵測空間物體的做法。
短距離的無線低功耗傳輸技術主流包括ZigBee與藍芽，是一種短距離(100m以內)以2.4G公用無線頻譜的傳輸通訊規範，已廣泛應用於各領域，ZigBee與藍芽底層物理與連結層是相似的只是網路與應用層不同，藍芽4.0以上有室內定位規範，但ZigBee與藍芽並無對於空間物體偵測的規範方案，本發明一種偵測空間物體與溫度的無線裝置與方法，特別針對偵測空間與溫度設計專用無線感測裝置(藍芽/ZigBee)以解決空間物體偵測與遠距離數據傳輸方 法，提供更好的解決方案。
目前ZigBee支援星狀(star)/網狀(mesh)網路架構而藍芽4.x支援星狀網路架構5 x可能支援網狀網路架構，適合低功耗少量數據無線傳輸應用，對於長距離資料傳輸需求如果是星狀(star)網路架構可以以切換主從角色的方式在從(slave)角色時將主角色時收集到的數據以廣播(broadcast)方式傳送給附近主(master)角色的無線端點裝置，而在切換到主角色的時候接收附近從角色的無線端點廣播的資料，以間接傳輸將遠端藍芽裝置的數據傳到最後閘道器裝置並以WiFi或行動通訊技術傳遞資料到雲端伺服器。如果是網狀(mesh)網路架構，有路由(router)機制適合從一節點傳遞數據到任一節點。網路的設定以多對一的路由架構有效率地將任一節點收到附近節點的訊號強度(RSSI)與溫度數據往中心節點閘道器裝置傳送。
有關本發明為達上述目的、特徵所採用的技術手段及其功效，茲例舉實施例並配合圖式說明如下：第三圖是本發明中的無線模組(304)由溫度感測器(303)與單晶片SoC無線控制器(藍芽或ZigBee)(302)與天線收發射器(301)組成，單晶片SoC(302)以無線方式傳遞收集到的RSSI數據，並且由收集到的接收訊號強度(RSSI)變化值是否越過參考值以判別空間中是否存在一定體積的物體；且判斷收集到的溫度值是否越過臨界值。
第一圖係本發明實施例之範例架構示意圖：包括由一些無線模組單元(100)到單元(109)，與一無線閘道器(藍芽或Zigbee)單元(110)所構成 的藍芽區域網路或ZigBee區域網路；用於偵測一些區域單元(120)到單元(127)的物體與溫度分布情況，分布於一空間範圍單元(130)，並由閘道器單元(110)將數據傳送到遠端伺服器。首先布置與配置ID，根據要監測的空間範圍與數目規畫設置無線模組的位置與數目(N=10)，依序標記各無線模組標記(ID)，再根據網路架構分為A)：星狀架構，無線模組可經由韌體程式控制扮演從角色或主角色。實施的步驟以第二圖實施流程說明如下，步驟(201)：將N個無線模組依據其位置，設定其ID與附近其他可接收的無線模組ID。步驟(202)：將N個無線模組放置於其所在位置上，單號起始狀態為從角色傳輸資料，雙號起始狀態為主角色接收資料，開啟N個無線模組裝置。步驟(203)：從角色時以廣播模式傳送其為主角色時所接收到附近無線模組裝置的ID、接收訊號強度(RSSI)與溫度數據以及其本身ID、與溫度數據；並且在回覆主角色無線模組要求資料後，切換為主角色模組；主角色模組掃描接收允許的附近從角色模組傳輸的資料，獲得的數據將在切換為從角色後以廣播模式傳送，當收到從角色無線模組的回覆後，程式控制切換為從角色以廣播模式傳送收集到的數據，重複此過程。B)：網狀架構，以第二圖說明實施流程如下，步驟(211)：初始建立多對一(many to one)的架構路由表(Routing table)。步驟(212)：由閘道器單元(110)，周期性地廣播，要求上傳節點無線模組收集到的感測數據。步驟(213)：各無線模組接收到要求後傳送其感測到的附近無線模組的ID、接收訊號強度(RSSI)、溫度數據以及其本身ID與溫度數據給閘道器單元(110)。
步驟(204)：確認與閘道器單元(110))能夠接收到N個無線模組的ID、訊號強度與溫度數據。由閘道器單元(110)據根據接收訊號強度變化數值與其臨界值判斷各無線模組間是否存在一定體積的物體，並將數據儲存， 在伺服器。
本發明針對低功耗無線裝置的規範，開發設計特定低功耗無線裝置，根據特定空間的範圍與區塊分布，佈署數個無線裝置，收集各個裝置的接收訊號強度變化與溫度感測資料，獲得空間中各區域特定體積物體與溫度的分布，以最少資源達到監控特定空間的溫度與佔據狀態。
本發明實施例之一種偵測空間物體與溫度的無線裝置與方法：所揭之圖式及方法說明僅為本發明之實施例而已，非為限定本發明實施的唯一實例；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本發明之特徵範疇與原則，所作之其他等效變化或修飾，皆應涵蓋在以下本案之申請專利範圍內。
第一圖：
100~109‧‧‧低功耗無線模組單元
110‧‧‧無線閘道器(藍芽/ZigBee)單元
120~127‧‧‧監視空間區域單元
130‧‧‧整個空間範圍
第二圖：
步驟201‧‧‧初始設定節點ID與可接收節點ID
步驟202‧‧‧起始單號ID節點送資料，雙號ID節點收資料
步驟203‧‧‧節點送資料後轉成收資料，收到資料後轉成送資料
步驟204‧‧‧閘道器判斷各節點間是否存物體，並將數據儲存在伺服器
步驟211‧‧‧初始建立多對一路由表
步驟212‧‧‧無線閘道器周期性地廣播上傳節點感測數據
步驟213‧‧‧節點上傳感測數據
第三圖：
301‧‧‧天線收發器
302‧‧‧單晶片無線控制器
303‧‧‧溫度感測器
304‧‧‧無線模組
310‧‧‧物體處於無線模組間
第一圖為本發明實施範例架構示意圖。
第二圖為本發明實施範例流程圖。
第三圖為本發明無線模組與收發示意圖。
本發明實施例之範例架構以第一圖表示，包括由一些無線模組單元(100)到單元(109)，與一無線閘道器(藍芽或Zigbee)單元(110)所構成的藍芽區域網路或ZigBee區域網路；用於偵測一些區域單元(120)到單元(127)的物體與溫度情況，分布於一空間範圍(130)，由無線閘道器單元(110)將數據傳送到遠端伺服器。首先布置與配置ID，根據要監測的空間範圍與數目規畫 設置無線模組的位置與數目(N=10)，依序標記各無線模組標記(ID)，再根據網路架構分為A)：星狀架構，其無線模組可由程式控制扮演為從角色或主角色。實施的步驟以第二圖實施流程說明如下，步驟(201)：將N個無線模組依據其位置，設定其ID與其在扮演主角色時可接收的附近無線模組裝置ID。步驟(202)：將N個無線模組放置於其所在位置上，單號起始狀態為從角色傳輸資料，雙號起始狀態為主角色接收資料，開啟N個無線模組裝置。步驟(203)：從角色時以廣播模式傳送其為主角色時所接收到附近無線模組的ID、接收訊號強度(RSSI)與溫度數據以及其本身ID、與溫度數據；並且在回覆主角色無線模組要求資料後，切換為主角色模組；主角色模組掃描接收允許的附近從角色模組傳輸的資料，獲得的數據將在切換為從角色後以廣播模式傳送，當收到從角色無線模組的回覆後，程式控制切換為從角色以廣播模式傳送收集到的數據，重複此過程。B)：網狀架構，實施的步驟以第二圖實施流程說明如下，步驟(211)：初始建立多對一(many to one)的架構路由表(Routing table)。步驟(212)：由閘道器單元(110)，周期性地廣播，要求上傳節點無線模組收集到的感測數據。步驟(213)：各無線模組接收到要求後傳送其感測到的附近無線模組的ID、接收訊號強度(RSSI)、溫度數據以及其本身ID與溫度數據給閘道器單元(110)。
步驟(204)：確認與閘道器單元(110))能夠接收到N個無線模組的ID、訊號強度與溫度數據。由閘道器單元(110)據根據接收訊號強度變化數值與其臨界值判斷各無線模組間是否存在一定體積的物體，並以無線或有線遠距離傳輸方式將數據儲存在伺服器。

Claims (6)

  1. 一種偵測空間物體與溫度的無線裝置與方法，包含：兩個以上低功耗無線模組組成的區域網路；其中無線模組以其接收訊號強度(RSSI)數據判斷無線模組間是否有物體存在，並將此收集到的數據傳送出去。
  2. 一種偵測空間物體與溫度的無線裝置與方法，包含：一閘道器節點根據接收各無線節點接收訊號強度變化數值以判斷各節點間是否存在一定體積的物體。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，包含：無線模組的無線傳輸規範是遵循藍芽或ZigBee組織訂定的標準。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，包含：組成的區域網路是星狀網路時，其傳送資料到遠方節點的方法包含以切換主從角色的方式接收與傳送感測數據。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，包含：組成的區域網路是網狀網路時，建立多對一架構的路由表由中心節點以廣播的方式收各集節點的感測數據。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，包含：一溫度感測元件連接無線模組微控器之ADC類比轉換器以獲得感測溫度數據。
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