CN104317235A - 无线传感器网络控制*** - Google Patents

无线传感器网络控制*** Download PDF

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徐宇飞
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Abstract

本发明公开了一种无线传感器网络控制***，它包括一传感器模块，一无线通信模块，一主控制模块，其中，所述主控制模块包括一嵌入式控制器，所述嵌入式控制器采用嵌入式***；一软PLC***，其包括一软PLC开发***和一软PLC运行***；所述软PLC运行***载入于所述嵌入式控制器，所述软PLC运行***用于协同所述嵌入式***控制所述无线传感器网络控制***。本发明的无线传感器网络控制***，它改善了传感器网络控制***的适用性和可扩展性，其可视化操作平台，可满足不同***的使用；增加了***的可移植性，避免了传统PLC应用过程编程的复杂过程，简化了操作。

Description

无线传感器网络控制***
技术领域
本发明涉及无线传感器网络控制***，特别是涉及一种基于软PCL***应用的无线传感器网络控制***。
背景技术
可编程逻辑控制器PLC是一种可编程的存储器，在工业上有广泛的应用，可是传统的PLC自身存在诸多不利因素，难以构建开放的硬件体系结构，工作人员必须经过较长时间的培训才能掌握某一种产品的编程方法，不同应用环境的产品编程差异较大。
随着开放式工业计算机***日臻成熟，为了充分发挥PLC开发工具软件上的优势，避免其不利因素的限制，产生了软PLC的构想，在保留传统PLC的功能的前提下，采用面向现场总线网络的体系结构，采用开放的通信接口，使PLC软件开发工具和***硬件设备分离，全部用软件来实现传统PLC的功能，使其可以装载在各种开放式工业计算机***的软硬件平台上，不仅方便了用户使用，而且也解除了硬件设备对制造商软件销售和发展的制约。
传感器网络可以实现远程采集数据，并进行处理，分类存储和应用，PLC在传感器网络控制***的应用逐渐增多，一般的无线传感器网络，一般包括电源模块，传感器模块，处理模块，和一无线通信模块，其中处理模块是传感器网络控制的核心部件，处理模块一般采用嵌入式控制器实现，以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成各种必要的功能和外设，这就使得嵌入式控制器的针对性较强，也就是说，一种嵌入式控制器只能实现一定功能的控制，适用性较差。
另一方面，在传感器网络控制***中，检测区域范围和节点密度的不同，造成网络规模大小不同，节点失效，新节点的加入以及节点的移动等，都会使得网络拓扑结构动态的发生变化，这就要求网络控制***具有较强的可扩展性，能够适应网络结构的变化，现有的传感器网络通常采用嵌入式控制器来实现，扩展性较差。
发明内容
本发明的目的是：提供一种无线传感器网络控制***，它通过将软PLC***与嵌入式***二者合一，改善了传感器网络控制***的适用性和可扩展性。
本发明技术方案是：一种无线传感器网络控制***，它包括一传感器模块，用于采集所在检测区域环境中的信息数据并转换所采集的信息数据以及传递转换后的信息数据；一无线通信模块，用于接收并处理所述传感器模块传递的信息数据以及传递处理后的信息数据；一主控制模块，用于接收所述无线通信模块传递的信息数据，并相应地分析和处理所接收的信息数据；以及所述主控制模块，还用于根据分析和处理后的信息数据生成控制信号及发送控制信号至所述无线通信模块；所述无线通信模块还用于接收控制信号并将控制信号传递至所述传感器模块，所述控制信号用于控制所述传感器模块；其中，所述主控制模块包括一嵌入式控制器，所述嵌入式控制器采用嵌入式***；一软PLC***，其包括一软PLC开发***和一软PLC运行***所述软PLC开发***用于提供所述软PLC运行***的软PLC应用软件；所述软PLC运行***置于所述嵌入式控制器，所述软PLC运行***用于协同所述嵌入式***控制所述无线传感器网络控制***。
下面对上述技术方案进行进一步解释。
所述软PLC开发***独立于所述嵌入式控制器之外，所述软PLC开发***通信连接于所述软PLC运行***。
所述传感器模块包括至少一传感器节点，两个及以上的所述传感器节点之间形成自组织网络，所述传感器节点的通信方式为多跳网络的方式。
所述传感器节点包括：
一电源单元；
一传感器单元，用于采集并转换检测区域环境中的信息数据以及传递信息数据；
一处理单元，用于接收并处理所述传感器单元传递的信息数据并传递处理后的信息数据；
一通信单元，用于接收所述处理单元传递的信息数据，每一传感器节点通过各自所述通信单元与其他传感器节点之间进行信息传输，每一传感器节点通过通信单元将信息传递于所述无线通信模块。
所述主控制模块设置有一I/O模块，所述I/O模块通信联接于所述嵌入式***；所述I/O模块用于采集检测区域的输入信息数据以及输出处理后的信息数据。
所述主控制模块配置有可实现Wi-Fi、3G、WLAN组网的触摸型可视化操作平台，所述触摸型可视化操作平台采用ARM11作为核心处理器，其主频达667MHz。
所述主控制模块采用Android2.3作为操作***。
所述主控制模块设置有RS485通信接口，所述软PLC应用软件通过RS485通信接口或者TCP/IP通信协议载入于所述软PLC运行***。
所述I/O模块通过RS485通信接口将信息传递于所述软PLC应用软件，所述RS485通信接口与所述软PLC应用软件构成数据采集与监视控制***SCADA。
所述I/O模块配置有可满足不同***使用的多路标准化输入输出接口，所述标准化输入输出接口包括太网接口、usb2.0数据线接口、SD卡接口、IDE接口、 sim卡接口、4-10mA输入接口、0-5V输入接口、开关量输入接口、Modbus通信协议接口、继电器输出接口、PWM输出端、0-20mA输出端。
本发明的优点是：本发明的无线传感器网络控制***，它改善了传感器网络控制***的适用性和可扩展性，其可视化操作平台，可满足不同***的使用；增加了***的可移植性，避免了传统PLC应用过程编程的复杂过程，简化了操作。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
图1为本发明实施例的无线传感器网络控制***模块示意图。
图2为本发明实施例的无线传感器网络控制***传感器工作形态示意图。
图3为本发明实施例的传感器节点示意图示意图。
图4为本发明实施例的软PLC***与I/O模块结合控制形态示意图。
图5为本发明实施例的实现软PLC***工作原理示意图。
其中：
1、传感器模块；        11、传感器节点；        111、电源单元；
112、传感器单元；      113、处理单元；         114、通信单元；
2、无线通信模块；      3、主控制模块；         31、嵌入式控制器；
311、I/O模块；         32、软PLC***；       321、软PLC开发***；
322、软PLC运行***。
具体实施方式
以下的实施方式仅用于描述及解释本发明，以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选方案只作为举例说明。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明范围的其他技术方案。
如图1所示，一种无线传感器网络控制***。
它包括一传感器模块1，用于采集所在检测区域环境中的信息数据并转换所采集的信息数据以及传递转换后的信息数据；传感器模块1通信联接于所述无线通信模块2。
一无线通信模块2，用于接收并处理所述传感器模块1传递的信息数据以及传递处理后的信息数据。
一主控制模块3，用于接收无线通信模块2传递的信息数据，并相应地分析和处理所接收的信息数据；以及主控制模块3，还用于根据分析和处理后的信息数据生成控制信号及发送控制信号至无线通信模块2；无线通信模块2还用于接收控制信号并将控制信号传递至传感器模块1，所述控制信号用于控制所述传感器模块1。
其中：
主控制模块3包括一嵌入式控制器31以及一软PLC***32。嵌入式控制器31采用嵌入式***。具体的：嵌入式控制器31采用嵌入式***，软PLC***32协同嵌入式控制器31处理无线通信模块2传递的数据信息以控制传感器模块1，从而将软PLC***32与嵌入控制器31的嵌入式***合二为一，充分利用嵌入式***的优势，实现网络化，智能化控制，同时软PLC***32弥补了现有传感器网络控制***的适用性差、可扩展性不强等缺陷。嵌入式控制器31采用嵌入式***，嵌入式控制器31适用于无线传感器网络，可以是现有技术的各种不同的适用于无线传感器网络的嵌入式控制器31。嵌入式控制器31是一个专用型计算机***，可以根据用户需要对嵌入式控制平台进行定制，使其资源得到高效地利用。其软件被移植在硬件平台上，采用嵌入式***（如WinCE，VxWorks或Linux等）作支持。而选择基于嵌入式控制器31的控制方案，即选择一无线传感器网络的嵌入式控制器31作为软PLC***32的依附对象，控制所述无线传感器网络***。
如图2所示，传感器模块1包括至少一传感器节点11，两个及以上的传感器节点11之间形成自组织网络，传感器节点11以多跳网络的方式进行通信。
具体的：
每一传感器节点11采集环境中的信息，加以存储以及处理信息数据，并且传递处理后的信息数据于无线通信模块2，数个传感器节点11协作完成检测区域环境的感知任务，也就是说，传感器节点11之间形成自组织网络，以多跳网络的方式进行通信，每一传感器节点11都可以充当路由器的角色，部分或者全部传感器节点11可移动，每一传感器节点11都具备动态搜索，定位和恢复链接的能力。
无线通信模块2是传感器模块1和主控制模块3之间的通信基础，无线通信模块2用于在传感器模块1和主控制模块3之间建立通信路径，协作地感知、采集、处理、发送感知信息。也就是说，无线通信模块2接收传感器模块1传递的信息数据，并进行处理，将处理信息数据传递于主控制模块3；同时，主控制模块3的控制信息传递于无线通信模块2，无线通信模块2将控制信息传递于传感器模块1，从而控制传感器模块1。主控制模块3通信联接于无线通信模块2，并且处理无线通信模块2传递的数据信息，并根据情况做出相应的判断。
如图3所示，每一传感器节点11包括一电源单元111；用于为传感器节点11的各个单元提供工作所需的能量。
一传感器单元112，用于采集并转换检测区域环境中的信息数据以及传递信息数据；传感器单元112是一种数据采集单元，测量所在检测区域环境中的热、红外、声纳、雷达、和地震波等信号，从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等众多物质现象。
一通信单元114，用于接收处理单元113传递至的信息数据；每一传感器节点11通过各自通信单元114与其他传感器节点11之间进行信息传输，即通信单元114负责与其他传感器节点11进行无线通信、交换控制信息和收发采集信，通信单元114通信联接于处理单元113和其他传感器节点11，并将信息传递于无线通信模块2。
一处理单元113，处理单元113通信联接于传感器单元112，处理单元113用于接收、处理并存储所述传感器单元112传递的信息数据以及控制通信单元114的工作。应用过程中，传感器单元112采集检测区域环境的信息，并将信息传递于处理单元113，处理单元113接收传感器单元112传递的信息，并进行处理，将信息传递于通信单元114，通信单元114将信息传递于其他传感器节点11，使得不同传感器节点11形成自组网络。传感器节点11通过通信单元114与处理单元113以自组织的方式构成网络，在通信方式上，可以采用有线、无线、红外，Wi-Fi、3G网络、WLAN和光通信等多种方式实现不同传感器节点11之间的通信联接形成组网，从而集成传感器模块1，特别地，短距离的无线低功率通信技术较适合传感器网络使用。
如图4所示，软PLC***32包括一软PLC开发***321和一软PLC运行***322；其中，软PLC运行***322置于/固化于嵌入式控制器31，软PLC运行***322用于协同所述嵌入式***控制所述无线传感器网络控制***，软PLC开发***321独立于嵌入式控制器31之外，软PLC开发***321通信连接于软PLC运行***322；以使得软PLC开发***321与硬件设备分离，使其可以装载在各种开放的工业计算机***的硬件平台上。具体的：软PLC开发***321独立于嵌入式控制器31的嵌入式控制***:在特定的开发***中用于对无线传感器网络控制***的软PLC应用软件的开发，将所述软PLC应用软件加载于软PLC运行***322，使得在所述嵌入式***中实现软PLC的控制功能，此外，软PLC开发***321独立于嵌入式控制器31，使得需要不同的功能的传感器网络控制***时，只需要开发软PLC应用软件，即可实现一个专用的无线传感器网络控制，而不需要改变嵌入式控制***。
如图5所示，主控制模块3设置有RS485通信接口，主控制模块3配置有可实现Wi-Fi、3G、WLAN组网的触摸型可视化操作平台，所述触摸型可视化操作平台采用ARM11作为核心处理器，其主频达667MHz。主控制模块3采用Android2.3作为操作***。主控制模块3具有一I/O模块311。软PLC开发***321开发的软PLC开发软件通过RS485通信接口载入于软PLC运行***322。通信过程通过RS485通信接口进行通信联接。I/O模块311采集现场输入信号， 输出控制信号，软PLC开发***321与嵌入式控制器31通过RS485通信接口进行通信联接。
具体的：
软PLC开发***321通信联接于嵌入式控制器31， I/O模块311负责检测区域输入信号的采集以及信号的输出。即软PLC运行***322与I/O模块311相配合， I/O模块311采集现场输入信号，软PLC运行***322完成对输入信号的处理、控制程序的执行、信号的输出处理。也即是，软PLC开发***321基于一定的开发平台，得到能够实现一定控制功能的软PLC应用软件。所以，实现传统PLC的软件化过程，将PLC的控制功能通过软件实现，具有一定的可移植性，将软PLC运行***322置于/固化于所述嵌入式控制器31，软PLC应用软件适于在软PLC运行***322中运行，将软PLC开发***321得到的软PLC应用软件程序下载到嵌入式控制器31，在软PLC运行***322中运行，即可实现PLC的控制过程，也即是，将软PLC应用软件应用于嵌入式控制器31的嵌入式***，从而将嵌入控制器31的嵌入式控制***和软PLC***32合二为一，充分利用嵌入式***的优势，实现控制过程的网络化、智能化控制，同时利用PLC的性能提高嵌入式控制器31的控制性能，改善嵌入式控制器31的可适应性和可扩展性。
基于Android2.3开发***设计软PLC开发***321，实现软PLC应用软件，通过RS485通信接口，将软PLC应用软件下载至被固化于嵌入式控制器31的软PLC运行***322，以完成相应的控制过程。I/O模块311通过RS485通信接口将信息传递于所述软PLC应用软件，所述RS485通信接口与所述软PLC应用软件构成数据采集与监视控制***SCADA。
应用过程中，I/O模块311负责现场输入信号的采集以及信号的输出，而软PLC***32则完成对输入信号的处理、控制程序的执行、信号的输出处理，并通过RS485通信接口与软PLC应用软件的通信构成监控和数据采集***SCADA，可以监控软PLC***32上连接的I/O接口的变化情况，在一可触摸显示屏上进行显示。
也就是：无线通信模块2将信息传递于I/O模块311，I/O模块311通过RS485通信接口将信息传递于所述软PLC应用软件，所述RS485通信接口与所述软PLC应用软件构成数据采集于监视控制***SCADA，从而实现对输入信号的处理，控制程序的执行，信号的输出处理，从而为数据信息采集到执行机构的控制搭建了一个实用而有效的处理平台。
所述传感器网络控制***配备由主控制模块3提供的触摸型可视化操作平台，硬件设备采用核心处理器主频可达667MHz，采用ARM11内核作为核心处理器，并可实现Wi-Fi、3G、WLAN组网，采用七寸触摸屏显示屏作为显示和人机交互接口，避免了传统PLC控制过程的编程的繁琐，操作更加直观，简便，实时检测传感器网络***中的各项参数。为信息数据采集到执行机构的控制搭建了一个实用而有效的处理平台，采用流行的Android2.3作为操作***，针对不同的传感器控制***，仅需要个性化定制应用层终端平台，即可实现一个专用的无线传感器控制***，也就是说，可针对不同的传感器***开发不同的软PLC应用软件，就可以实现不同功能的无线传感器网络控制。
I/O模块311配置有可满足不同***使用的多路标准化输入输出接口，包括太网接口、usb2.0数据线接口、SD卡接口、44芯标准2.0英寸IDE接口、 sim卡接口、4-10mA输入接口、0-5V输入接口、开关量输入接口、Modbus（RTU）通信接口、继电器输出接口、PWM输出端、0-20mA输出端。
具体的：
I/O模块311具有至少一路摄像头接口，可实现影像监控；具有至少一路100M以太网接口；具有两个usb2.0数据线接口；具有一个SD卡接口；具有一个sim卡接口；配备无线网卡；具有两路Modbus（RTU）通信接口；具有十六路继电器输出接口；具有两路PWM输出；具有44芯标准2.0英寸IDE接口，可接硬盘或光驱，可支持160G的大容量，可接笔记本硬盘；具有6路4-10mA输入接口；具有6路0-5V输入接口；具有两路0-20mA输出；具有八路开关量输入接口，支持多种方式模拟量或者开关量等的输入和输出方式；从而为信息数据采集到主控制模块3的软PLC***32搭建了一个使用而有效的处理平台，从而实现PLC控制的网络化，智能化，所述主控制模块3采用流行的Android2.3作为操作***。
应当指出，对于经充分说明的本发明来说，还可具有多种变换及改型的实施方案，并不局限于上述实施方式的具体实施例。上述实施例仅仅作为本发明的说明，而不是对本发明的限制。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。

Claims (10)

1.一种无线传感器网络控制***，其特征在于：它包括
一传感器模块，用于采集所在检测区域环境中的信息数据并转换所采集的信息数据以及传递转换后的信息数据；
一无线通信模块，用于接收并处理所述传感器模块传递的信息数据以及传递处理后的信息数据；
一主控制模块，用于接收所述无线通信模块传递的信息数据，并相应地分析和处理所接收的信息数据；以及
所述主控制模块，还用于根据分析和处理后的信息数据生成控制信号及发送控制信号至所述无线通信模块；所述无线通信模块还用于接收控制信号并将控制信号传递至所述传感器模块，所述控制信号用于控制所述传感器模块；
其中，所述主控制模块包括
一嵌入式控制器，所述嵌入式控制器采用嵌入式***；
一软PLC***，其包括一软PLC开发***和一软PLC运行***；
所述软PLC开发***用于提供所述软PLC运行***的软PLC应用软件；
所述软PLC运行***置于所述嵌入式控制器，所述软PLC运行***用于协同所述嵌入式***控制所述无线传感器网络控制***。
2.根据权利要求1所述的无线传感器网络控制***，其特征在于：所
述软PLC开发***独立于所述嵌入式控制器之外，所述软PLC开发***通信连接于所述软PLC运行***。
3.根据权利要求1所述的无线传感器网络控制***，其特征在于：所
述传感器模块包括至少一传感器节点，两个及以上的所述传感器节点之间形成自组织网络，所述传感器节点的通信方式为多跳网络的方式。
4.根据权利要求3所述的无线传感器网络控制***，其特征在于：所
述传感器节点包括
一电源单元；
一传感器单元，用于采集并转换检测区域环境中的信息数据以及传递信息数据；
一处理单元，用于接收并处理所述传感器单元传递的信息数据并传递处理后的信息数据；
一通信单元，用于接收所述处理单元传递的信息数据，每一传感器节点通过各自所述通信单元与其他传感器节点之间进行信息传输，每一传感器节点通过通信单元将信息传递于所述无线通信模块。
5.根据权利要求1所述的无线传感器网络控制***，其特征在于：所述主控制模块设置有一I/O模块，所述I/O模块通信联接于所述嵌入式***；所述I/O模块用于采集检测区域的输入信息数据以及输出处理后的信息数据。
6.根据权利要求1所述的无线传感器网络控制***，其特征在于：所述主控制模块配置有可实现Wi-Fi、3G、WLAN组网的触摸型可视化操作平台，所述触摸型可视化操作平台采用ARM11作为核心处理器，其主频达667MHz。
7.如权利要求1所述无线传感器网络控制***，其特征在于：所述主控制模块采用Android2.3作为操作***。
8.如权利要求5所述无线传感器网络控制***，其特征在于：所述主控制模块设置有RS485通信接口，所述软PLC应用软件通过RS485通信接口或者TCP/IP通信协议载入于所述软PLC运行***。
9.如权利要求8所述无线传感器网络控制***，其特征在于：所述I/O
模块通过RS485通信接口将信息传递于所述软PLC应用软件，所述RS485
通信接口与所述软PLC应用软件构成数据采集与监视控制***SCADA。
10.如权利要求5或8所述无线传感器网络控制***，其特征在于：所述I/O模块配置有可满足不同***使用的多路标准化输入输出接口，所述标准化输入输出接口包括太网接口、usb2.0数据线接口、SD卡接口、IDE接口、 sim卡接口、4-10mA输入接口、0-5V输入接口、开关量输入接口、Modbus通信协议接口、继电器输出接口、PWM输出端、0-20mA输出端。
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