山洪監測無線傳感器節點裝置的製作方法
2023-06-28 01:23:16 2
專利名稱：山洪監測無線傳感器節點裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及無線傳感器節點的技術領域，具體是ー種山洪監測無線傳感器節點裝置。
背景技術：
我國是一個受山洪災害比較嚴重的 國家，因此極其需要良好的山洪自動測報系統，這將對於災害的預報及防範起到非常重要的作用。無線傳感器網絡是由大量傳感器節點組成的。傳感器節點通常用於部署，它的成本低廉、重量輕，同時支持ー些基本功能，比如事件檢測、分類、追蹤以及匯報。山洪監測無線傳感器節點裝置作為無線傳感器網絡的重要組成部分，具有以下特點a)微型化。應用中的傳感器節點要高度集成化，保證對目標系統的特性不會造成影響。b)低功耗。無線傳感器網絡中的節點有嚴格的電源要求，因為網絡往往部署在無人值守的地方，節點使用電池供電，不能頻繁更換電池，因此，如何節省電能是應用的首要問題。c)計算能力和存儲容量有限。傳感器節點都有嵌入式微處理器和存儲器，嵌入式微處理器的處理和存儲器的存儲容量有限，因此傳感器的計算能力十分有限。d)通信能力有限。傳感器網絡的通信帶寬窄，覆蓋範圍小，還經常受到自然環境的影響，導致傳感器節點通信失敗。因此，網絡的自恢復性、抗毀性也是應解決的重點問題。e)傳感器數量多，分布範圍廣。網絡中節點密集，數量巨大，此外，傳感器網絡可以分布在很廣的地域。因此，維護十分困難，傳感器網絡的軟、硬體必須具有高強壯性和容錯性。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供ー種結構簡單、可靠性較高且成本較低的山洪監測無線傳感器節點裝置。為解決上述技術問題，本實用新型提供的山洪監測無線傳感器節點裝置，其特點是包括數據採集模塊、與該數據採集模塊的數位訊號輸出端相連的數據處理及控制模塊、與該數據處理及控制模塊的數據和控制信號輸入輸出端相連的通信模塊。所述數據採集模塊包括一個或多個傳感器、分別與各傳感器的信號輸出端相連的模數轉換器；模數轉換器的數位訊號輸出端即為所述數據採集模塊的數位訊號輸出端。所述數據處理及控制模塊為單片機，也可採用ARM等嵌人式處理器。所述通信模塊為GSM、CDMA或3G等無線通信模塊。電源模塊與所述數據採集模塊、數據處理及控制模塊和通信模塊相連。本實用新型具有的技術效果[0016](I)本實用新型的山洪監測無線傳感器節點裝置包含一個或多個傳感器，嵌人式處理器、低功率無線通信模塊和供電電池。傳感器節點在絕大多數時間保持「沉默」，但一旦監測到數據則立即進人活動狀態。所有節點共同合作完成ー個共同的任務。傳感器節點硬體通信架構的設計必須充分考慮電池方面的限制。一般情況下，節點支持以下功能動態配置，以支持多種網絡功能；節點可以動態配置成網關，普通節點等；遠程可編程，以便增加新的功能，比如，支持新的信號處理算法，定位功能，以便確定自己的絕對或者相對位置，比如，利用全球定位系統；支持低功耗的網絡傳輸；支持長距離通信的能力，以便數據傳輸，比如網關之間的通信。在部署前，只需要少量的預配置。(2)傳感器節點完成對周圍環境中對象的感知並進行適當的處理後，將測量值無線傳送給監控中心。因此，傳感器節點的基本功能是準確地採集環境參數的值，並進行初步的處理，遇險情時進行聲光報警；接收監控中心的數據請求命令，將採集的數據發往監控中心等。
(3)數據處理及控制模塊用來進行節點設備控制、任務調度、能量計算、功能協調等；無線通信模塊用來進行節點之間的數據發送、頻率選擇等，傳感器用來進行外部傳感器信號的接收、轉換，能量供應模塊為傳感器節點提供必要的能量。
為了使本實用新型的內容更容易被清楚的理解，下面根據的具體實施例並結合附圖，對本實用新型作進ー步詳細的說明，其中圖I是本實用新型的山洪監測無線傳感器節點裝置的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型進行詳細說明如圖1，本實施例的山洪監測無線傳感器節點裝置，其包括數據採集模塊、與該數據採集模塊的數位訊號輸出端相連的數據處理及控制模塊、與該數據處理及控制模塊的數據和控制信號輸入輸出端相連的通信模塊。所述數據採集模塊包括一個或多個傳感器、分別與各傳感器的信號輸出端相連的模數信號轉換電路；模數信號轉換電路的數位訊號輸出端即為所述數據採集模塊的數位訊號輸出端。所述數據處理及控制模塊為單片機，也可採用ARM等嵌人式處理器。所述通信模塊為GSM、CDMA或3G等無線通信模塊。電源模塊與所述數據採集模塊、數據處理及控制模塊和通信模塊相連。傳感器節點在絕大多數時間保持「沉默」，但一旦監測到數據則立即進人活動狀態。所有節點共同合作完成ー個共同的任務。傳感器節點硬體通信架構的設計必須充分考慮電池方面的限制。一般情況下，節點支持以下功能動態配置，以支持多種網絡功能；節點可以動態配置成網關，普通節點等；遠程可編程，以便增加新的功能，比如，支持新的信號處理算法，定位功能，以便確定自己的絕對或者相對位置，比如，利用全球定位系統；支持低功耗的網絡傳輸；支持長距離通信的能力，以便數據傳輸，比如網關之間的通信。在部署前，只需要少量的預配置。[0028]山洪監測無線傳感器節點裝置執行以下操作①通過傳感器獲取數據。②通過模數轉換器(AD / DC)轉化成數字形式，傳遞給處理器模塊。③處理器模塊一般是與存儲部件緊密結合，根據從數據採集模塊和無線通信模塊傳送過來的數據完成數據融合、節點定位等各種計算功能。在加解密操作中，CPU的計算能力和節點的存儲能力(程序代碼存儲、動態數據存儲、公共參數存儲等)是必須要考慮的參數，CPU計算與存儲器I / O的優化設計會很大程度提高計算效率。④無線通信模塊負責該節點與其他節點或者網絡代理等設備之間的無線通信，SP無線信號的收發功能，一般被認為是整個結構中耗能最大的部分，從物理層到應用層各層面的設計都要將低能耗作為最主要的設計目標之一。
⑤能量供應模塊在山洪監測無線傳感器節點裝置中至關重要，為傳感器節點各部件提供能量。需要長時間數據採集的傳感器有的會需要太陽能、人體電能等周邊能量收集、無線充電以及移動機器人充電等方式來維持節點的正常運轉。節點各部件之間的協同也需要精心設置，如當節點部件工作電壓由2. 7V降到2. V時，在同樣電能的情況下，節點生命周期可能會延長5倍，所以當前根據傳感器節點在不同時段的不同工作模式採用動態功率管理、動態電壓調度等進行能量管理和控制。電池的容量決定了傳感器節點的壽命。即使使用了環境能量汲取技術，還沒有足夠的研究表明這種能量供給已經能夠滿足節點的工作需要。因此一般情況下，我們假設傳感器節點的電池容量是有限的，我們必須採用各種手段來降低電池能量的消耗。為了節省能耗，微處理器一般有兩種運行模式運行模式和休眠模式。在休眠模式中，節點能量的消耗要遠遠小於運行模式。被測物理信號不同，傳感器類型也不同。在不同的應用中，傳感器可以採集不同類型的信號，包括振動信號、聲音信號、電磁信號、紅外信號、雷達信號等。採集的信號一般都是模擬信號，通過ー個轉換部件將模擬信號轉化為數位訊號，然後輸人到處理單元。數據採集是實時的，但數據傳輸卻不一定是實時的。傳感器節點需要一個嵌人式作業系統來管理各種資源和支持各種應用。作業系統可以選擇現有的各種商用嵌人式作業系統，如在WINSNG中就採用微軟的WindowsCE作業系統，也可以自己開發特定的作業系統，如UCBerkeley為此專門開發了 TinyOS作業系統。
權利要求1.一種山洪監測無線傳感器節點裝置，其特徵在於包括數據採集模塊、與該數據採集模塊的數位訊號輸出端相連的數據處理及控制模塊、與該數據處理及控制模塊的數據和控制信號輸入輸出端相連的通信模塊。
2.根據權利要求I所述的山洪監測無線傳感器節點裝置，其特徵在於所述數據採集模塊包括一個或多個傳感器、分別與各傳感器的信號輸出端相連的模數轉換器；模數轉換器的數位訊號輸出端即為所述數據採集模塊的數位訊號輸出端。
3.根據權利要求I所述的山洪監測無線傳感器節點裝置，其特徵在於所述數據處理及控制模塊為單片機或嵌人式處理器。
4.根據權利要求I所述的山洪監測無線傳感器節點裝置，其特徵在於所述通信模塊為無線通信模塊。
5.根據權利要求I所述的山洪監測無線傳感器節點裝置，其特徵在於ー電源模塊與所述數據採集模塊、數據處理及控制模塊和通信模塊相連。
專利摘要本實用新型涉及一種山洪監測無線傳感器節點裝置，其包括數據採集模塊、與該數據採集模塊的數位訊號輸出端相連的數據處理及控制模塊、與該數據處理及控制模塊的數據和控制信號輸入輸出端相連的通信模塊。傳感器節點在絕大多數時間保持「沉默」，但一旦監測到數據則立即進人活動狀態。所有節點共同合作完成一個共同的任務。傳感器節點硬體通信架構的設計必須充分考慮電池方面的限制。一般情況下，節點支持以下功能動態配置，以支持多種網絡功能；節點可以動態配置成網關，普通節點等；遠程可編程，以便增加新的功能，比如，支持新的信號處理算法，定位功能，以便確定自己的絕對或者相對位置，比如，利用全球定位系統。
文檔編號G08C17/02GK202444636SQ20122003102
公開日2012年9月19日 申請日期2012年1月31日 優先權日2012年1月31日
發明者呂莉, 樊棠懷, 趙嘉 申請人:呂莉, 樊棠懷