CN105517198A - 一种无线传感网络*** - Google Patents

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张闯志
胡建斌
毛良明
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    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

本发明公开了一种无线传感器网络***，包括无线控制器和多个无线传感单元；各无线传感单元均包括敏感单元、调理电路、AD采集电路、传感单元CPU、无线收发电路和电源；敏感单元依次通过调理电路、AD采集电路、传感单元CPU和无线收发电路相连；电源对传感单元CPU直接供电；敏感单元、调理电路通过传感单元CPU的IO端口供电；各无线传感单元的无线收发电路均与无线控制器通讯相连。本发明无线传感网络***方便调整测点、且能耗小。

Description

一种无线传感网络***
技术领域
本发明涉及一种无线传感网络***。
背景技术
在工业监控及自动化***中需要广泛应用传感器对环境的温度、压力、振动、热流等进行实时监测。传统检测方式通过在各检测点设置传感器，布线进行有线数据传输，虽然实现了自动化，但仍存在以下缺陷：（1）有线连接方式，经常发生断线的故障，从而影响测量工作；（2）自动化实施实践中，经常会遇到项目实施完毕后，有需要增加或调整测点，此时，有需要重新布线，十分麻烦；（3）针对旋转、移动类测量对象，有线传感器难以完成测量；（4）在港口、化工、航天等领域，布线工作非常困难，在高空、危险、狭小空间内布线，操作难度和成本都很高。因此考虑采用无线传感装置形成网络***，进行数据实时采集和传输，是现有技术的一个突破点。
而现有的无线传感装置，通过敏感单元采集信号，通过调理电路进行滤波、放大处理后，进入AD采集电路完成模拟信号至数字信号的转换，转化后的信号进入控制电路，实现数字编码处理后经无线收发电路发射出去。如图1所示，以无线压力传感器为例，需要通过电源对压力传感器（敏感单元）、调理电路和控制电路（CPU）直接供电，这样的不足是明显的，当不需要采样时，敏感单元和调理电路还一直通电，造成有限电池能源的浪费，无形中增加了单机能耗，对电源要求高。
同时，在传感器低功耗设计中，当传感器处于深度睡眠模式时，需要通过专用电路将其从深度睡眠模式中唤醒，传统的操作方法主要有增加机械开关来触发唤醒，或者增加霍尔元件，通过磁钢产生磁场，触发节点闭合，实现唤醒。这些实现方式，要么是直接机械触动操作，要么需要近距离触发（2cm以内），当无线传感装置安装之后，需要进行参数配置和模式切换时，这些传统方式便显得十分不便。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种方便调整测点、且能耗小的无线传感网络***。
为了达到上述目的，本发明提供了一种无线传感器网络***，包括无线控制器和多个无线传感单元；各无线传感单元均包括敏感单元、调理电路、AD采集电路、传感单元CPU、无线收发电路和电源；敏感单元依次通过调理电路、AD采集电路、传感单元CPU和无线收发电路相连；电源对传感单元CPU直接供电；敏感单元、调理电路通过传感单元CPU的IO端口供电；各无线传感单元的无线收发电路均与无线控制器通讯相连。
上述传感单元CPU的IO端口通过稳压芯片后分别与敏感单元和调理电路相连。
其中，无线传感单元还包括稳压芯片；无线传感单元具有工作模式、睡眠模式、深度睡眠模式三种模式；当无线传感单元处于工作模式时，传感单元CPU的IO端口输出电压，经稳压芯片稳压后，给敏感单元和调理电路供电；当无线传感单元处于睡眠模式和深度睡眠模式时，传感单元CPU的IO端口关断输出。
上述无线传感单元还包括RFID电路；无线传感网络***还包括无线手持信标机；无线传感单元的RFID电路与传感单元CPU相连；各无线传感单元的RFID电路均与无线手持信标机（经射频）通信相连。
当无线传感单元处于深度睡眠模式时，通过无线手持信标机来实现唤醒操作，具体的操作过程是：由无线手持信标机发射RFID信号，无线传感装置上的RFID电路接收该RFID唤醒信号，当信号累积到一定能量级别时，RFID电路触发开关闭合，由传感单元CPU识别该闭合信号，由传感单元CPU处理唤醒操作，实现各无线传感单元由深度睡眠模式到工作模式的切换。
电源采用电池。
敏感单元采用压力传感器、温度传感器、振动传感器、热流传感器、加速度传感器或湿度传感器。
本发明无线传感网络***还包括中心设备；中心设备与无线控制器通讯相连。
无线控制器包括控制端CPU和控制端无线收发电路；控制端CPU通过控制端无线收发电路与传感单元CPU通讯相连。
其中，中心设备采用服务器。中心设备通过因特网与无线控制器相连。
本发明相比现有技术具有以下优点：通过多个无线传感单元形成网络***，进行数据无线传输，无需布线，调整更加方便，且能完成对各类测试对象的有效测量（包括旋转、移动类测试对象）；通过无线手持信标机实现网络搭建过程中各传感单元节点参数配置，网络工作状态切换；通过无线控制器进行短距离无线数据接收、处理，并可通过因特网远距离输出至中心设备进行数据存储，更加方便远程监控。各无线传感单元利用传感单元CPU的IO端口输出电压至敏感单元及调理电路，控制无线传感装置在不同工作模式下的供电，实现节能效果；直接采用电池供电，节省了电源布线，安装维护十分方便，同时结合传感单元CPU供电模式的切换，实现了电池电量的最大化利用，有效延长了电池的实用寿命。通过无线手持信标机和RFID电路实现对装置处于深度睡眠模式时的远程唤醒，对无线传感装置的工作模式切换更加方便。
附图说明
图1为现有无线压力传感装置的结构示意图；
图2为本发明无线传感装置的结构示意图；
图3为本发明无线传感网络***的结构示意图。
图中，1-无线手持信标机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
如图3所示，本发明无线传感网络***包括多个无线传感单元（本实施例所示分别为温度传感单元、压力传感单元、振动传感单元、热流传感单元），分设于各测点处；以及无线控制器、无线手持信标机和中心设备。其中无线手持信标机采用高华科技的JWX1S-HS型手持信标机；中心设备采用串口通讯服务器，具体为MoxaNPort5430。无线手持信标机1在网络搭建过程中，通过RFID电路实现对各无线传感单元的节点参数配置。各无线传感单元进行数据采集后，通过无线控制器传输给中心设备。
如图2所示，各无线传感单元均包括敏感单元、调理电路、AD采集电路、传感单元CPU、RFID电路、无线收发电路、电池。敏感单元采用压力传感器、温度传感器、振动传感器、热流传感器、加速度传感器或湿度传感器（本实例中温度传感单元采用温度传感器，压力传感单元采用压力传感器，振动传感单元采用振动传感器，热流传感单元采用热流传感器），进行压力、温度、振动、热流、加速度或湿度信号的采集，采集到的信号经调理调理电路进行滤波、放大处理后，进入AD采集电路完成模拟信号至数字信号的转换，转换后的数字信号进入传感单元CPU，实现数字编码处理后经无线收发电路发射出去。结合图3，各无线传感单元发出的信号由无线控制器的控制端无线收发电路接收，经控制端CPU后通过因特网传输至中心设备。本发明各无线传感单元的供电方式如下：传感单元CPU由电池直接供电，敏感单元和调理电路由传感单元CPU的IO端口输出电压经稳压芯片稳压后进行供电。本发明无线传感装置具有三种模式：工作模式、睡眠模式和深度睡眠模式，当传感单元CPU通过指令控制敏感单元采样和无线收发电路发射时处于工作模式，其余时间处于睡眠模式，当无线传感装置需要长期待机不工作省电时，将器其切换到深度睡眠模式（睡眠模式下，传感单元CPU内部的睡眠定时器工作，定时唤醒无线传感装置检查是否需要进行数据采集或传输，处于工作就绪状态；深度睡眠模式下，传感单元CPU内部的睡眠定时器也处于关闭状态，仅与RFID电路相连的接口端工作，用于接收唤醒信号）。当敏感单元进行数据采样时，传感单元CPU的IO端口输出电压经稳压芯片稳压后，供电给敏感单元和调理电路；当不需要数据采样时，IO端口可关断输出，降低敏感单元和调理电路的电源消耗。这样实施能源管理之后，传感单元CPU只有在采样和发射时处于工作模式，功耗相对高一些，而前级电路（敏感单元和调理电路）也只有在采样时处于耗电模式，其余时间段，传感单元CPU处于休眠模式，而前级电路由IO端口切断电源供应，实现节电效果。当无线传感单元处于深度睡眠模式时，需要将其唤醒，通过无线手持信标机1发射RFID唤醒信号，由RFID电路接收该RFID唤醒信号，当信号累积到一定能量级别时，RFID电路触发开关闭合，由传感单元CPU识别该闭合信号，由传感单元CPU处理唤醒操作，实现无线传感装置由深度睡眠模式到工作模式的切换。

Claims (10)

1.一种无线传感器网络***，其特征在于：所述无线传感器网络***包括无线控制器和多个无线传感单元；所述无线传感单元包括敏感单元、调理电路、AD采集电路、传感单元CPU、无线收发电路和电源；所述敏感单元依次通过调理电路、AD采集电路、传感单元CPU和无线收发电路相连；所述电源对传感单元CPU直接供电；所述敏感单元、调理电路通过所述传感单元CPU的IO端口供电；所述多个无线传感单元的无线收发电路均与无线控制器通讯相连。
2.根据权利要求1所述的无线传感网络***，其特征在于：所述传感单元CPU的IO端口通过稳压芯片后分别与敏感单元和调理电路相连。
3.根据权利要求2所述的无线传感网络***，其特征在于：所述无线传感单元还包括稳压芯片；所述无线传感单元具有工作模式、睡眠模式、深度睡眠模式三种模式；当无线传感单元处于工作模式时，所述传感单元CPU的IO端口输出电压，经所述稳压芯片稳压后，给敏感单元和调理电路供电；当无线传感单元处于睡眠模式和深度睡眠模式时，所述传感单元CPU的IO端口关断输出。
4.根据权利要求3所述的无线传感网络***，其特征在于：所述无线传感单元还包括RFID电路；所述无线传感网络***还包括无线手持信标机；所述无线传感单元的RFID电路与所述传感单元CPU相连；所述无线传感单元的RFID电路均与无线手持信标机通信相连。
5.根据权利要求1至3任一所述的无线传感网络***，其特征在于：所述电源采用电池。
6.根据权利要求1至4任一所述的无线传感网络***，其特征在于：所述敏感单元采用压力传感器、温度传感器、振动传感器、热流传感器、加速度传感器或湿度传感器。
7.根据权利要求1至4任一所述的无线传感网络***，其特征在于：所述无线传感网络***还包括中心设备；所述中心设备与无线控制器通讯相连。
8.根据权利要求1至4任一所述的无线传感网络***，其特征在于：所述无线控制器包括控制端CPU和控制端无线收发电路；所述控制端CPU通过控制端无线收发电路与传感单元CPU通讯相连。
9.根据权利要求7所述的无线传感网络***，其特征在于：所述中心设备采用服务器。
10.根据权利要求7所述的无线传感网络***，其特征在于：所述中心设备通过因特网与无线控制器相连。
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