WO2012151731A1 - 低功耗自组网遥感监测物理量的方法和装置 - Google Patents

低功耗自组网遥感监测物理量的方法和装置 Download PDF

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姜国银
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Description

低功耗自组网遥感监测物理量的方法和装置 【技术领域】 本发明涉及自动测试系统和遥感监测领域, 包括控制器、 可程控激励源和测量单元, 以及无线收发单元, 用于人工难以完成或要求没有人为干预的实时、 快速、 多通道、 多参 数测量, 以及大量重复的综合测试和数据釆集与处理的场合; 尤其涉及环境参数的在线实 时测试和自组网无线传输信息, 特别是涉及通过 z-wave 网络实现一氧化碳和温度、 湿度 的遥程感知监测。
【背景技术】
本发明涉及的物理量, 是指电压、 电流、 功率因数、 耗用的电量、 门磁开关、 流量、 压力、 重量, 以及三轴角速度和陀螺仪等, 尤其是环境参数, 包括被监测地的气温、 湿度、 氧含量和放射线强度, 以及散布于空气中的各种有害气体浓度, 例如一氧化碳、 甲醛和硫 化氢, 还有各种放射性尘埃的浓度, 例如碘 -131。 所述这些有害气体和放射性尘埃过高的 浓度严重威胁人们的健康和生命安全, 在人民生活和工业生产实践中, 实时、 快速地监测 这些物理量的数值并将它们准确、 可靠地传送至本地电脑, 进而至远方电脑贮存和进行分 析判断, 是十分必要的。
现有技术物理量监测多釆用基于现场总线的监测装置, 存在可移动性差、 铺设线缆困 难、 线缆容易扯断等不足之处, 特别是当用来检测危险场所时, 存在安全隐患。
本发明遥感监测物理量的方法和装置属于低速率、 低成本、 高可靠、 自组织和自修复 的网状网络, 工作频带分别是 908. 42MHz (适用美国)和 868. 42MHz (适用欧洲和中国)等覆 盖全球所有地区的小于 lGHz、 釆用 FSK调制方式、 数据传输速率为 9. 6Kbps /40Kbps、 室内 距离 10~30m、 室外直视无障碍距离 50~100m和适合窄带的应用场合。
本发明方法和装置具有低功耗、 可釆用乾电池组供电、 使用寿命长、 体积小巧、 安 装简单、 可以集成到需要一氧化碳浓度和温度监测的无线网络系统之中, 也可以单独应用 于需要一氧化碳浓度和温度监测的无线系统。
本发明装置在北方寒冷的冬季是非常实用的、 难得的产品。 如所周知, 一氧化碳 CO 是无色、 无臭、 无味和有毒的气体, 一般情况下,在 40ppm浓度环境中、 大约 393分钟, 以及 70ppm浓度环境下约为 93分种, 就可能对人体产生伤害, 浓度越高, 越短时间就可 以对人造成更为严重的伤害。 每年因 CO而导致死亡或患病的案例时有发生。
本发明方法和装置需要借助于电脑及 MID (移动互联网装置),但随着电脑的逐渐普及 和价格的降低, 以及最后智能手持设备的开发和应用, 终将会占有庞大的巿场。 在本发明 的设计中,尽量釆取了低成本的方案, 同时又在不降低性能的前提下来减轻系统整体成本。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提供一种低功耗自组 网遥感监测物理量的方法和装置, 用于监测并远程传送该装置所在地的环境参数。
本发明方法和装置拥有超越现有技术的优势和可扩展性:
一、 技术优势
Z-Wave技术是最新的低成本、 低功耗的无线短距离通信技术, 是在蓝牙、 Z IGBEE之后 发展起来的, 它们各有自己的立足特点, 它们三者就典型的覆盖范围、 设备激活时间、 接 收灵敏度、 使用权和成本等方面的简单比较如表 1所示:
Z-Wave, ZIGBEE, Bluetooth主要特性对比表
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从表 1中我们可以归纳出 z-wave技术独特的性征及其优势:
1. 数据传输率低: Z-Wave专注于低传输应用, 最早的产品是 9. 6Kbp s ,高版本的已 经支持到 40Kbps ,第四代产品更是支持到 100Kbps。 用来传输控制命令已经綽綽 有余;
2. 功耗低: 在睡眠模式只有 50 μ A的电流, 两节乾电池串联可以使用超过 1年以上, 工作电流只略大于 20mA;
3. 网络容量适中: 单一的 Z-Wave网络系统最多支持 232个节点, 并且它也可以通过 区域网的组网来扩展更多的节点。 一般在家庭, 或者小范围内的工业、 农业应 用上, 232个节点足够了;
4. 时延短: Z-Wave网络中的设备激活时间一般为 5 ms ;
5. 抗干扰能力强: Z-Wave釆用双向应答式的传输机制、 压缩帧格式、 随机式的逆 演算法来减少干扰和失真, 从而防止了邻近网络引起的控制问题和干扰, 确保 设备之间的高可靠性通讯;
6. 工作频段已覆盖全球大部分国家和地区: 美国是 908. 42MHz, 欧洲、 中国和新加 坡是 868. 42 MHz , 香港是 919. 82 MHz , 适合在全球推广应用。
通过以上的对比不难看出, Ζ-Wave技术在这些方面符合本发明产品应用的要求, 如在 城乡家庭、 实验室、 农业大棚和部分工业场合等应用领域中本申请人就釆用了此最新的技 术方案。
二、 网络优势
Z-Wave技术的优势还在于它的网状网络结构。 网状网络, 也称 "多跳" 网络, 是一种 灵活的体系结构, 用来在设备间高效率地传送数据。 z-wave传感器网络釆用网状网络拓朴 结构具有很多优势。 在 "单跳" 网络中, 如果一个接入点瘫痪, 那么就会发生虛拟的严重 的交通堵塞。 系统速度也会随之降低。 而使用网状网络结构可以让许多设备通过不同节点 同时接入网络, 实现在不同的空间中同时传输数据, 而且不会降低系统性能。 参见图 5 _ 1 和图 5-2 :
图 5-1中任何一种接入设备都可以作为路由器或接入点, 这样当网络中的两个传感器 节点之间不能直接进行通信时, 可以选择这两个节点间的其他节点充当两者通信的路由节 点。 节点 N0DE1必须为该系统的控制器, 举例说明,当节点 N0DE1要和 N0DE4通信时, 可能由 于距离较远, 图中虛线表示, N0DE1可以通过 N0DE 3路由再到达 N0DE4。 在 Z-Wave无线网路 中, Z-Wave网状网络中 Z-Wave协议通过帧确认, 重新传输, 冲突避免, 帧校验来保证路由 数据包的传输。
Z-Wave网状结构涉及到组网问题, Z-Wave的组网简单便捷。 Z-Wave网络中设定一个 主节点即节点主控制器, 这时会通过主控制器中的 Z/ IP路由器分配一个主节点 HOME ID 和 NODE ID。 当这个网络中加入其它节点进行组网时, Z-Wave网络会按照节点的先后次序 自动分配与主控制器相同的 HOME ID和不同的且唯一的 NODE ID。 这样可以防止由于邻近 网络而引起的控制或干扰问题, 组网快速且操作简单, 方便将更多的设备安装到家庭网络 中, 当要删除某台设备时, 只须在主控制器的界面上移除就行, 在主控制器中的节点表会 自动更新。 每个 Z-Wave 网络中的节点都有其自身独有的地址标识符 NODE ID,所以对 Z-Wave 用户来说, 对 Z-Wave 网络管理将会非常轻松。
对 Z-Wave组网的图示见图 5-2。 如果某空调设备要加入网络, Z-Wave网络会给它分 配与网络相同的 HOME ID和 N0DE6 , 但是, 网络节点号是按照次序来增加的, 如果退出该 网络的节点, 再次重新加入该网络, 且没有别的节点加入过网络, 节点号就变成 N0DE7 , N0DE6变成为空的节点, 系统中不再出现节点 N0DE6。
三、 可扩展性 本发明方法和装置可以涵盖监测的物理量不仅是一氧化碳浓度、 温度和湿度, 而且还 有电压、 电流、 功率因数、 耗用电量、 门磁开关、 三轴角速度和陀螺仪、 流量、 压力、 重 量等物理量, 从而实现对目标区域环境状况的监控。
Z-Wave是一种低速率、 短距离的无线通信新技术, 由丹麦 Zen-sys公司所一手主导 的无线组网规格, 其核心微控制器釆用六倍速 8051系列的架构, 搭配 32KB的 Flash ROM 以及 256KB的 SRAM, 使用的路由协议是 Source Rout ing , 是锁定家庭自动化平台的一种 无线技术。 Z-Wave具有低成本、 低功耗、 高可靠性、 传输稳定性好、 实时性好、 能随其网 络调整而迅速调整、 网络适应性较强, 方便进行产品安装的特点。 z-wave非常适于在城乡 家庭, 实验室, 农业大棚, 部分工业场合等领域中使用。
本发明为解决所述技术问题而釆用的技术方案是, 提出一种低功耗自组网遥感监测物 理量的方法, 用于遥程监测目标区域的环境参数和相关物理量, 将设置在目标区域的各类 传感器感知的物理量变换为电信号, 经无线网络传送至远处的控制器进行处理和操作; 所 述方法包括如下步骤:
A. 在目标区域设置至少一种物理量的釆集、 数据转化和数据校正、 补偿, 以及数据存储 的智能传感器, 将各传感器感知的所要监测的物理量变换为量化的固定格式的数据;
B. 应用 Ζ-Wave模组的嵌入式 CPU作为主控微处理器, 软件上保证所述智能传感器的读 / 写命令地址和时序, 硬件上釆用 Z-Wave模组的通用 I /O与监测物理量的智能传感器的 专用 I /O接口连接, 实现双向的通信控制功能;
c 所述 z-wave网络系统由加入该网络的各节点组成网状网络拓朴结构, 具备自组织、 自 修复的灵活机制, 其中各节点加入、 节点移除均通过远处的控制器操作执行;
D. 设置 E2PR0M或闪存电路, 用于保存 Ζ-Wave系统的配置参数, 路由表, 网络识别号码 HOME ID和部分的 Z-Wave协议数据;
E. 初始文件通过编程接口烧录,它与 Z-Wave模组通过三线 SPI接口、 MIS0、 M0S I、 SCLK, 再加上片选信号 EE_CS,实现与主控电路的通信功能;
F. 同一网络中, 最多节点数目是 232个, 仅有唯一的、 相同的 HOME ID,但不同节点有不 同的 NODE ID,保证网络安全。
所述步骤 C.之网络系统包括少于 231个的无线装置节点和一台控制器和 /或第二便携式 控制器,依靠无线节点自组网, 自修复的网状网络结构, 每个节点都可以作为中继路由器, 实现数据的传输。
所述远处的控制器接收到某无线节点被检测的物理量达到某一警戒值或非合理值时, 该无线节点会发出声光报警, 并向所述控制器上传数据, 系统根据实际情况进行处理。
所述步骤 B中应用的 Z-Wave模组,其射频前端是制作在印刷电路板上的微型平面天线, 以及制作或焊接在该电路板上的 L-C匹配网络, 匹配阻抗 50 Ω , 从而拥有良好的性价比。 所述步骤 A中所述要监测的物理量,包括属于环境参数的有害气体浓度、 温度和湿度, 以及其它相关的物理量, 包括压力、 流量、 重量、 开关量、 电压、 电流、 功率因数和消耗 的电量。
所述属于环境参数的有害气体浓度, 包括一氧化碳、 硫化氢、 甲醛和放射性尘埃在环 境空气中的浓度。
本发明为解决所述技术问题而釆用的技术方案还可以是, 提出一种低功耗自组网遥感 监测物理量的装置, 用于监测并远程传送该装置所在地的环境参数, 该装置包括物理量釆 集处理单元、 Z-Wave核心单元、 声光报警单元、 直流供电源、 存储器单元、 编程接口及射 频天线和匹配电路; 所述 Z-Wave核心单元借助通用 I /O接口分别与物理量釆集处理单元、 射频天线和匹配电路、 存储器单元及编程接口实现双向连接; 所述编程接口与存储器单元 之间釆用 SPI接口实现双向连接; 所述 z-wave核心单元的输出端与声光报警单元的输入 端相连接; 所述直流供电源为 z-wave核心单元提供合适电压的稳定电源。
所述 Z-Wave核心单元釆用第三代 Z-Wave模组 ZM3102N, 模组软件系统版本为 4. 52 , 并且 Z-Wave核心单元的硬件电路兼容第四代 Z-Wave模组 ZM4102。
所述物理量釆集处理单元与 z-wave核心单元之间借助 SPI接口进行数据通信及命令 控制。 所述 SPI接口是三线制的, 包括 SCK/SDO/SDI 三线。 所述 Z-Wave核心单元为 SPI 主端, 物理量釆集处理单元为 SPI从端。
所述直流供电源是两路电源任择其一的供电方式, 一路为 5. 0 V的标准小型 USB接口 ( mini-bus )供电, 另一路为三节乾电池串联的 4. 5 V供电。
所述直流供电源)提供 LD0方式的 3. 3 V稳定电压, 即由标准小型 USB接口取得 5. 0 V 电压, 经 E1-FB3和 C9-C10高频滤波网络, 再经 C1-FB2高频滤波节, 或直接从乾电池组 经高频扼流圈 FBI获得 4. 5 V电压后, 再经 U1稳压集成电路及其输出端的 C4-C5和 C7滤 波电容而获得稳定、 纯净的 3. 3 V电压。
所述射频天线和匹配电路中的射频天线是集成在印刷电路板上的微型平面天线,该射 频天线和匹配电路中所需频点的输出阻抗为 50 Ω。
所述存储器单元是电可擦除可编程只读存储器 E2PR0M 或者是内含闪存介质的快闪存 储器 Flash ROM 。
同现有技术相比较, 本发明低功耗自组网遥感监测物理量的方法和装置之有益效果在 于: 通过对 Z-Wave模组的无线远程操作从而实现了本地和远程对该模组所在地物理量的 监测。 所述装置可应用于城乡家庭, 实验室, 农业大棚, 部分工业场合等领域,具有低功 耗、 低成本、 可用乾电池组供电, 使用寿命长, 以及体积小巧、 安装简单、 可以集成到需 要一氧化碳浓度和温度监测的无线网络系统之中, 也可以单独应用于需要一氧化碳浓度和 温度监测的无线系统的特点。 【附图说明】
图 1是本发明遥感监测物理量的装置之系统结构原理框图;
图 2是所述遥感监测物理量的装置之 Ζ-Wave核心单元组成的原理框图;
图 3是所述装置之软件系统流程图;
图 4是所述装置的电原理图, 包括
图 4-1是 Z-Wave模组及其射频天线和匹配网络之电原理图;
图 4-2是直流供电源电原理图;
图 4-3是 E2PR0M编程器接口电原理图;
图 4-4是系统编程器接口和一氧化碳浓度及温度、 湿度传感器接口电原理图;
图 5是涉及 Z-Wave网络性状特点的示意图, 包括
图 5-1是网状网络的示意图;
图 5-2是组网示意图。
【具体实施方式】 下面结合本发明第一优选实施例, 一种低功耗自组网遥感监测一氧化碳 CO 的装置, 对本发明作进一步详细说明。
第一优选实施例:
如图 1 至图 3所示, 一种低功耗自组网遥感监测 CO的装置, 用于监测并远程传送该 装置所在地的一氧化碳气体浓度, 该装置包括物理量釆集处理单元 10、 Z-Wave 核心单元 20、 声光报警单元 30、 直流供电源 40、 E2PR0M存储单元 50、 编程接口 60及射频天线和匹 配电路 70。 所述 Z-Wave核心单元 20借助通用 I /O接口分别与物理量釆集处理单元 10、 射频天线和匹配电路 70、 E2PR0M存储单元 50和编程接口 60实现双向连接; 所述编程接口 60与 E2PR0M单元 50之间釆用 SPI接口实现双向连接; 所述 Z-Wave核心单元 20的输出端 与声光报警单元 30的输入端相连接; 所述直流供电源 40为 Z-Wave核心单元 20供电。 本 装置各组成单元结构紧凑, 有机地组合在一块印刷电路板上, 布局合理, 将外部和自身产 生的 EMI (电磁干扰) 降到最低。
所述物理量釆集处理单元 10包括一氧化碳浓度智能传感器, 釆用两极式电化学检测 原理的 CO感知器, 在 0~1000 ppm浓度下, 输出电流的分辨率为 1. 2 - 2. 4 nA/ppm,经过 釆样、 放大、 模 /数转换等一系列由微处理器所做的处理, 釆用 3 线制 SPI 通信; Z-Wave 系统是 SPI主机, CO模块是 SPI从机。 一氧化碳浓度智能传感器完成 CO的浓度监测及其 报警输出,一旦达到规定浓度即有声光报警。它与 Z-Wave模组是通过三线 SPI接口、 MI S0、 M0S I和 SCLK,再加上片选信号 EE_CS , 实现与主控电路的通信功能, 输出 CO的浓度数值, 单位是 ppm (百万分之一)。 报警指示可以按照用户的要求定制。 目前的报警提示是以 5秒 钟为周期,报警指示灯得状态为点亮 1秒,灭 4秒,以降低工作电流。
所述 E2PR0M存储单元 50釆用含闪存介质的 PR0M, 主要功能是贮存 Z-Wave系统的配 置参数、 路由表、 HOME ID和一部分 Z-Wave协议数据;初始文件通过编程接口 60烧录。
所述 Z-Wave核心单元 20釆用了第三代 Z-Wave模组 ZM3102N, 模组软件系统版本为 4. 52。 其主要功能是作为主控微处理器, 完成 Z-Wave 的网络系统节点加入、 移除、 数据 接收、 数据发送、 异常处理和电源管理等功能。
如图 2所示, 所述 Z-Wave核心单元 20主要组成包含专用 ZW0301集成电路, 该集成 电路又包含了 8051W微处理器、 32KB闪存、专用寄存器、电源管理、中断控制器、( 2KB+256B ) SRAM, SPI/UART接口、 可控硅控制器和通用 I/O接口等部分。 在 ZW0301的外围还有去耦电 路、 32MHz晶体、 射频滤波电路和射频前端匹配电路等构成了该系统的核心模组。
Z-Wave核心单元 20硬件设计上兼容了第四代 Z-Wave模组 ZM4102。
物理量釆集处理单元 10与 Z-Wave核心单元 20之间釆用 SPI接口进行数据通信及命 令控制。 所述 SPI接口是三线制的, 包括 SCK/SDO/SDI三线。 所述 Z-Wave核心单元 20为 SPI主端, 物理量釆集处理单元 10为 SPI从端。
所述直流供电源 40是两路电源任择其一的供电方式, 一路为 5. 0 V的标准小型 USB 接口供电, 另一路为三节乾电池串联的 4. 5 V供电。 该直流供电源 40提供低噪音的 LD0 方式之 3. 3 V稳定电压, 即由标准小型 USB接口取得 5. 0 V电压, 经 E1-FB3和 C9 - C10 高频滤波网络, 再经 C1-FB2高频滤波节, 或直接从乾电池组经高频扼流圈 FBI获得 4. 5 V 电压后,再经 U1稳压集成电路及其输出端的 C4-C5和 C7滤波电容而获得稳定、纯净的 3. 3 V电压, 可以保证最低的 EMI , 确保射频的最佳性能。
所述射频天线和匹配电路 70 中的射频天线是集成在印刷电路板上的微型平面天线, 是一种低成本方案, 必须保证该射频天线和匹配电路 70中所需频点的输出阻抗为 50 Ω。 具体可以通过网络分析仪的 S参数 Smi th图来获得不同频点的特征阻抗值, 以实现最佳匹 配。 这是保证数据传送距离远近的关键。 射频部分的设计同时考虑了 868. 42MHz (欧洲及中 国)、 908. 42MHz (美国)的兼容, 尽量使天线远离电路, 确保射频信号的有效接收和发送。
图 3是本发明的软件系统工作流程图。 如该图所示, 测量一氧化碳浓度程序主要包含 硬件初始化 4 1 & ^(^1^ 1服、软件初始化4 1 & ^(^1^ 18¥、读取一氧化碳数据1^&(1、 加入与移除网络、主循环 App l ica t ionPo l l、命令数据帧传输 App l ica t ionCommandHandler 等。 程序设置串口打印信息, 以便于程序调试。 一氧化碳程序通过定时器中断调取, 程序 可工作在正常模式与低功耗模式下。
系统开始复位初始化, 硬件电路外部输入按键初始化, 设置与外部一氧化碳模组 SPI 接口电路, 软件初始化串口波特率, 设置系统软件参数, 开启定时器检测输入按键, 判断 程序预设置的电源工作条件, 在电池工作状态下, 如果喚醒定时器喚醒时间到, 导入默认 休眠时间, 工作在休眠状态时功耗最小, 更新网络喚醒次数。 如果是按键复位, 则设置初 始化的休眠时间, 开始喚醒定时器功能。 如果当前状态不是开始喚醒状态, 则进入空闲状 态。 如果在外部电源时, 将启动网络更新定时器, 每分钟更新一次。 进入主循环。
如果没有加入网络, 则进入路由学习模式, 如果有按键按下, 则停止学习, 进入空闲 状态, 如果已经加入网络, 直接进入空闲状态, 如果下一状态忙时, 则送给当前状态处理, 下一状态变为空闲状态, 如果当前和下一状态都空闲, 进入按键检测状态, 如果短时间按 按键, 则进入开始喚醒状态, 在按键检测状态, 如果快速按输入按键则可加入或移除网络, 短按一次键可复位初始化, 如果没有按键等外部命令, 则是否有应用命令请求, 如果定时 喚醒时间到, 则进入复位初始化。 一氧化碳模块的程序通过定时器调用, 读取数据存入读 /写存储器 RAM中。
第二优选实施例:
本发明的第二实施例为一种低功耗自组网遥感监测温度和湿度的装置, 包括物理量釆 集处理单元 10、 Z-Wave核心单元 20、 声光报警单元 30、 直流供电源 40、 E2PR0M存储单元 50、 编程接口 60及射频天线和匹配电路 70。 在该实例中, 所述物理量釆集处理单元 10釆 用温度和湿度智能模块, 法国 HUMIREL公司的 HTG 3833CH模组, 该温度和湿度模组使用自 定义的 I2C接口, 其余部分与本发明的第一实施例相同。 所述 1 接口的通信概要是; a.釆用两线制串行通信, 包括 SCK、 SDATA两线, 用自定义的 I2C通信方式; b.寄存器地址:湿度数据高地址 0x10,低地址 0x11 ,温度数据高地址 0x12 ,低地址 0x1 3 , 分辨率地址 0x07 ,缺省时为 0X03 , 温度数据是 14位, 湿度数据 12位;
c.命令字共有四个: 写命令 0x80,读命令 0x81 ,测量温度 0x82 ,测量湿度 0x83。
通过以上对一氧化碳浓度和温度、 湿度等物理量的遥感釆集监测, 同样也可以实现对 更多物理量的釆集监测的扩展, 比如电压、 电流、 功率因数、 消耗的电量、 门磁开关、 三 轴角速度和陀螺仪, 流量、 压力、 重量等, 釆用相同的方法。
以上所述实施方式仅表达了本发明的优选实施方式, 其描述较为具体和详细, 但并不 能因此而理解为对本发明专利范围的限制;应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来 说, 在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进, 这些都属于本发明的保 护范围;因此,凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰, 均应属于本发明权利要求 的涵盖范围。

Claims

权 利 要 求 书
1. 一种低功耗自组网遥感监测物理量的方法, 用于远程监测目标区域的环境参数和 相关物理量, 将设置在目标区域的各类传感器感知的物理量变换为电信号, 经无线网络传 送至远处的控制器进行处理和操作; 所述方法包括如下步骤:
A. 在目标区域设置至少一种物理量的釆集、 数据转化和数据校正、 补偿, 以及数据存储 的智能传感器, 将各传感器感知的所要监测的物理量变换为量化的固定格式的数据;
B. 应用 Ζ-Wave模组的嵌入式 CPU作为主控微处理器, 软件上保证所述智能传感器的读 / 写命令地址和时序, 硬件上釆用 Z-Wave模组的通用 I /O与监测物理量的智能传感器的 专用 I /O接口连接, 实现双向的通信控制功能;
c 所述 z-wave网络系统由加入该网络的各节点组成网状网络拓朴结构, 具备自组织、 自 修复的灵活机制, 其中各节点加入、 节点移除均通过远处的控制器操作执行;
D. 设置 E2PR0M或闪存电路, 用于保存 Z-Wave系统的配置参数, 路由表, 网络识别号码 HOMEID和部分的 Z-Wave协议数据;
E. 初始文件通过编程接口烧录,它与 Z-Wave模组通过三线 SPI接口、 MIS0、 M0S I、 SCLK, 再加上片选信号 EE_CS,与主控电路完成通信功能;
F. 同一网络中, 最多节点数目是 232个, 仅有唯一的、 相同的 HOMEID,不同节点有不同的 N0DEID,保证网络安全。
2 . 根据权利要求 1 所述的低功耗自组网遥感监测物理量的方法, 其特征在于: 所述 步骤 C.之网络系统包括少于 231个的无线装置节点和一台控制器和 /或第二便携式控制器, 依靠无线节点自组网, 自修复的网状网络结构, 每个节点都可以作为中继路由器, 实现数 据的传输。
3 . 根据权利要求 1 所述的低功耗自组网遥感监测物理量的方法, 其特征在于: 所述 远处的控制器接收到某无线节点被检测的物理量达到某一警戒值或非合理值时, 该无线节 点会发出声光报警, 并向所述控制器上传数据, 系统根据实际情况进行处理。
4. 根据权利要求 1所述的低功耗自组网遥感监测物理量的方法, 其特征在于: 所述步 骤 B中应用的 Z-Wave模组, 其射频前端是制作在印刷电路板上的微型平面天线, 以及制 作或焊接在该印刷电路板上的 L-C匹配网络, 匹配阻抗 50 Ω , 从而拥有良好的性价比。
5. 根据权利要求 1所述的低功耗自组网遥感监测物理量的方法, 其特征在于: 所述步 骤 A中所述要监测的物理量, 包括属于环境参数的有害气体浓度、 温度和湿度, 以及其它 相关的物理量, 包括压力、 流量、 重量、 开关量、 电压、 电流、 功率因数和消耗的电量。
6. 根据权利要求 1所述的低功耗自组网遥感监测物理量的方法, 其特征在于: 所述属 于环境参数的有害气体浓度, 包括一氧化碳、 硫化氢、 甲醛和放射性尘埃在环境空气中的 浓度。
7.一种低功耗自组网遥感监测物理量的装置, 用于监测并远程传送该装置所在地的环 境参数, 其特征在于: 包括物理量釆集处理单元(10)、 Z-Wave核心单元(20)、 声光报警 单元 (30)、 直流供电源 (40)、 存储器单元 (50)、 编程接口 (60)及射频天线和匹配电 路( 70 ); 所述 Z-Wave核心单元( 20 )借助通用 I/O接口分别与物理量釆集处理单元( 10 )、 射频天线和匹配电路(70)、 存储器单元 (50)及编程接口 (60) 实现双向连接; 所述编 程接口 (60) 与存储器单元 (50) 之间釆用 SPI接口实现双向连接; 所述 Z-Wave核心单 元( 20 )的输出端与声光报警单元( 30 )的输入端相连接; 所述直流供电源( 40 )为 Z-Wave 核心单元 (20)提供合适电压的稳定电源。
8.根据权利要求 7 所述的低功耗自组网遥感监测物理量的装置, 其特征在于: 所述 Z-Wave核心单元 (20)釆用第三代 Z-Wave模组 ZM3102N, 模组软件系统版本为 4.52。
9.根据权利要求 8所述的低功耗自组网遥感监测物理量的装置, 其特征在于: Z-Wave 核心单元 (20) 的硬件电路兼容第四代 Z-Wave模组 ZM4102。
10.根据权利要求 7 所述的低功耗自组网遥感监测物理量的装置, 其特征在于: 所述 物理量釆集处理单元 (10) 与 Z-Wave核心单元 (20) 之间借助 SPI接口进行数据通信及 命令控制。
11.根据权利要求 10所述的低功耗自组网遥感监测物理量的装置,其特征是:所述 SPI 接口是三线制的, 包括 SCK/SDO/SDI三线。
12.根据权利要求 10所述的低功耗自组网遥感监测物理量的装置, 其特征在于: 所述 Z-Wave核心单元 (20) 为 SPI主端, 物理量釆集处理单元 (10) 为 SPI从端。
13.根据权利要求 7 所述的低功耗自组网遥感监测物理量的装置, 其特征在于: 所述 直流供电源 (40)是两路电源任择其一的供电方式, 一路为 5.0 V的标准小型 USB接口供 电, 另一路为三节乾电池串联的 4.5 V供电。
14.根据权利要求 13所述的低功耗自组网遥感监测物理量的装置, 其特征在于: 所述 直流供电源 (40)提供低噪音的 LD0方式之 3.3 V稳定电压, 即由标准小型 USB接口取得 5.0 V电压, 经 E1-FB3和 C9 -C10高频滤波网络, 再经 C1-FB2高频滤波节, 或直接从乾 电池组经高频扼流圈 FBI获得 4.5 V电压后, 再经 U1稳压集成电路及其输出端的 C4-C5 和 C7滤波电容而获得稳定、 纯净的 3.3 V电压。
15.根据权利要求 7 所述的低功耗自组网遥感监测物理量的装置, 其特征在于: 所述 射频天线和匹配电路(70) 中的射频天线是集成在印刷电路板上的微型平面天线。
16.根据权利要求 15所述的低功耗自组网遥感监测物理量的装置, 其特征在于: 所述 射频天线和匹配电路(70) 中所需频点的输出阻抗为 50Ω。 、 根据权利要求 7所述的低功耗自组网遥感监测物理量的装置, 其特征在于: 所述 存储器单元(50)是电可擦除可编程只读存储器 E2PR0M或者是内含闪存介质的快 闪存储器 Flash R0M。
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