CN109874142A - 一种基于zigbee的信号检测*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于ZIGBEE的信号检测***,该***包括信息获取模块、计算分析模块、信号检测模块,信息获取模块用于获取区域信息,计算分析模块用于计算信号覆盖强度,分析和优化最佳位置,信号检测模块用于接收信号、显示信号强度。通过该***可实现实时监测空间范围内的ZIGBEE设备及其信号质量,帮助工程师们完成ZIGBEE信号覆盖的量化、可视化设计。同时该***具有自主学习功能,根据测量结果优化调整因子,能快速降低ZIGBEE组网成本,提高ZIGBEE组网设计效率。
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术的测控领域,涉及一种用于空间区域内ZIGBEE(紫蜂协议)设备及其信号质量的检测方法及设备。
背景技术
ZIGBEE是一种近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本,主要用于自动监控领域的无线组网通讯技术。随着物联网的快速发展,ZIGBEE技术已广泛应用于工业控制、农业自动化、智能家居、智能照明、智能建筑等领域。由于ZIGBEE信号在传输过程中有衰减,为了获得良好的交互体验,就需要进行相应的信号覆盖设计,规避遮挡物,优化ZIGBEE Coordinator(协调器)、ZIGBEE Router(汇聚节点)及传感器节点ZIGBEEEndDevice(终端设备)性能,合理摆放ZIGBEE设备。
在传统的ZIGBEE信号覆盖设计中,工程师主要凭借个人经验和对ZIGBEE设备性能的主观判断,决定ZIGBEE网络所采用的设备及设备摆放位置。为了保证网络的良好交互,设计中通常会增加设备数量,提高设备性能,导致网络冗余量过大,造成了资源的浪费与成本的增加;若想防止成本增加,又需携带示波器等笨重专业的检测工具到现场检测,且检测过程复杂繁琐,仪器携带使用不便,非专业人员不会操作。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的问题,减少检测过程的复杂性,方便操作,本发明提供一种基于ZIGBEE的信号检测***。该***可实现实时监测空间范围内的ZIGBEE设备及其信号质量,帮助工程师们完成ZIGBEE信号覆盖的量化、可视化设计,降低ZIGBEE组网成本,提高ZIGBEE组网设计效率,同时仪表小巧轻便,***手机既可实现ZIGBEE信号现场检测,操作简单明了,非专业人士也可进行精准的ZIGBEE信号覆盖设计。
该***主要包括信息获取模块、计算分析模块、信号检测模块,
其中,信息获取模块主要用于获取监控区域的信息,包括监控区域的面积大小、障碍物位置和大小、监控点的位置等信息,信息获取模块获取信息后,将结果传递给计算分析模块。该信息可以来源于用户自己输入信息建立空间模型,也可以通过自身的红外、激光测量单元测量上述信息,建立空间模型。
计算分析模块通过算法计算传播损耗,预估出ZIGBEE信号覆盖情况,根据信号覆盖结果,预估出来设备需要放置的位置,用户可根据预估结果放置ZIGBEE设备,包括ZIGBEECoordinator、信号转发的ZIGBEE Router和ZIGBEE EndDevice设备等。
其中,其计算算法可以选择室内的路径传播损耗公式:PathLoss=40+31logR+8+X,其中,PathLoss为室内的路损,单位是dB。R为发射源与接收点的距离,单位是m,X为优化因子。也可以是自由空间中的路径损耗公式:PathLoss=32.44+20lgF+20lgD+X,其中,PathLoss为自由空间的路损,单位是dB。F为载波的频率,单位是MHz。D为发射源与接收点的距离,单位是km,X为优化因子。其中,优化因子与障碍物有关,相同大小障碍物,其材质不同,X不同,相同材质障碍物,其大小不同,X不同。
信号检测模块接收信号,显示信号强度,其中信号检测模块也可以与第三方设备对接,推送信息给第三方设备。用户在按着计算结果摆放所需设备后,可通过该模块进行测量区域的信号强度。
计算分析***根据信号检测模块的结果,与预算结果进行比对,改善优化因子,重新计算最优位置,并给出改善方案,例如,设备位置调整,增加ZIGBEE Router,增加天线增益等。
最后,计算分析***根据本次最终结果,进行优化提升,改善优化因子,形成优化因子库。
本发明的***可实现实时监测空间范围内的ZIGBEE设备及其信号质量,帮助工程师们完成ZIGBEE信号覆盖的量化、可视化设计,降低ZIGBEE组网成本,提高ZIGBEE组网设计效率,同时仪表小巧轻便,***手机既可实现ZIGBEE信号现场检测,操作简单明了,非专业人士也可进行精准的ZIGBEE信号覆盖设计。
附图说明
图1检测***模块组成图
图2检测流程图
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一、检测步骤
1.信息获取模块获取区域信息
用户选择监控的位置,放置该***设备,启动该***,用户可自己输入监控区域的信息,该***也可以通过激光、红外等传感器测量区域信息,其中区域信息包括区域面积、区域内障碍物的位置、障碍物的大小、监控的位置点等。通过输入信息或者测量结果,模拟出来监控位置模型,并将位置模型传递给计算分析模块。
2.计算分析模块预估信号覆盖
计算分析模块接收信息获取模块的空间模型,通过算法计算信号损失,通过信号损失,预估出来设备需要放置的位置。
通用计算损失的模型有两种:
第一种:室内的路径传播损耗公式:PathLoss=40+31logR+8+X,其中,PathLoss为室内的路损,单位是dB。R为发射源与接收点的距离,单位是m,X为优化因子,优化因子可根据因子库进行选取,因子库会根据学习模块进行优化提升。
第二种:自由空间中的路径损耗公式:PathLoss=32.44+20lgF+20lgD+X,其中,PathLoss为自由空间的路损,单位是dB。F为载波的频率,单位是MHz。D为发射源与接收点的距离,单位是km,X为优化因子,优化因子可根据因子库进行选取,因子库会根据学习模块进行优化提升。
3.放置ZIGBEE设备
根据计算分析模块预估结果选择满足区域覆盖要求的ZIGBEE设备,包括布放ZIGBEE Coordinator、需要信号转发的ZIGBEE Router及ZIGBEE EndDevice的检测模块。
4.信号检测模块检测信号
设备放置结束后,启用信号检测模块,ZIGBEE检测***本身可以直接用于接收信号和显示信号强度,也可以将检测仪***手机USB口,检测***APP监测到连入检测仪后,会自动弹出,运行检测APP,实时检测各ZIGBEE EndDevice及ZIGBEE Router的信号接收与信号强度。
5、ZIGBEE设备位置优化
根据之前放置的放置结果,即信号强度分布结果,与预期的结果进行比对,确定位置是否为最优,若最优,则本次布局结束,若非最优,方法1是通过调整因子X进行重新计算,计算出最优的位置,进行重新布局;方法2是局部增加ZIGBEE Router,增加天线增益等进行布局优化。根据优化结果重新利用检测模块检测信号进行检测,若最优,则结束布局,若非最优,继续重复上述动作。
每次测量结束之后,***会自动收集实际结果和分析结果之间的差距,进行自我学习和提升,调整优化因子,更新优化因子数据库,让设备更加智能化。
二、结合具体实例来说明本发明的技术步骤和技术效果。
1.结合农业大棚使用该***的说明:
某农业大棚使用ZIGBEE自动监控***实现环境温湿度、光照强度、二氧化碳含量、土壤温度、土壤含水量的实时监测,并根据环境动态控制自动喷淋、自动卷帘及自动换气装置,障碍物为农作物和铁架。
首先,确定该大棚的基本模型,确定大棚的大小,其障碍物主要是农作物和铁架,然后,通过计算公式,确定信号在空间的损失,分析出来ZIGBEE的信号覆盖范围、检测点位、控制点的位置。通过本次预估分析,可以确定该***需要的设备如下:一台放置在大棚中部的发射功率为27dBm,全向天线增益为3dBi的ZIGBEE Coordinator,和若干ZIGBEEEndDevice。接着,按着预估的点位,放置ZIGBEE设备,包括一台放置在大棚中部的发射功率为27dBm,全向天线增益为3dBi的ZIGBEE Coordinator,和若干ZIGBEE EndDevice。接着,开始进行实地检测,测得距离最远处ZIGBEE信号接收强度在-40dBi以内,信号覆盖较好,不需要增强天线增益或增加ZIGBEE Router。由于本次调试空间较为空阔,障碍物较小且比较单一,因此一次调试结果就达到技术效果要求。
2.结合家庭智能使用该***的说明:
某三室二厅一厨一卫家庭需要ZIGBEE智能家居***实现环境温湿度、室内空气质量、门窗入侵、天然气泄漏、漏水监测及空气净化器、天然气阀门和水阀的智能控制,其中室内面积为99平,障碍物为墙体。
首先,确定房间的基本模型,通过***自带的测量功能,通过激光单元测量每个房间的大小,同时,通过外部输入每个房间墙体的厚度,墙体的材质,建立房间的基本模型。接着,测量分析进行预估,通过房间模型,预估信号的损失情况,预估ZIGBEE信号覆盖范围,监测点及控制点位置,预估本次调控需要的设备如下:一台放置在餐厅发射功率为20dBm,全向天线增益为3dBi的ZIGBEE Coordinator,发射功率为10dBm,全向天线增益为1dBi的ZIGBEE Router及若干ZIGBEE EndDevice,其中,餐厅为房间的中心位置。接着,按着预估的点位,放置ZIGBEE设备,包括一台放置在餐厅发射功率为20dBm,全向天线增益为3dBi的ZIGBEE Coordinator,发射功率为10dBm,全向天线增益为1dBi的ZIGBEE Router及若干ZIGBEE EndDevice,接着,开始进行行实地检测,测得某个房间的信号较弱,通过实测该房间的信号,对调整因子X进行优化,重新调整ZIGBEE Coordinator的位置,重新检测后发现次卧的门窗词与空气监测ZIGBEE EndDevice不能与ZIGBEE Coordinator通信。***比对实测值与测算值后,推荐在次卧新增一台发射功率为10dBm,全向天线增益为1dBi的ZIGBEERouter扩大信号覆盖范围。最后,新增次卧ZIGBEE Router和移动餐厅的ZIGBEE Router至厨房后,使用本发明检测仪进行实测,所有设备均在网,且设备最低的ZigBee信号强度为-40dBi以内,信号覆盖较好。
通过上述优化,发现其调整因子与房间墙体材质和厚度相关性较大,基于本次布局结果,调整因子增加本次墙体厚度和材质的关系,完成一次智能学习过程。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,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,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种基于ZIGBEE的信号检测***,其特征在于,该***包括信息获取模块、计算分析模块、信号检测模块,
所述信息获取模块用于获取区域信息,
所述计算分析模块用于计算信号覆盖强度,分析和优化最佳位置,
所述信号检测模块用于接收信号、显示信号强度。
2.根据权利要求1所述的基于ZIGBEE的信号检测***,其特征在于,所述信息获取模块获取区域面积、障碍物、监控点位,建立区域模型。
3.根据权利要求1所述的基于ZIGBEE的信号检测***,其特征在于,所述计算分析模块通过障碍物信息、路径信息计算信号传播损耗,确定ZIGBEE设备放置位置。
4.根据权利要求1所述的基于ZIGBEE的信号检测***,其特征在于,所述计算分析模块还包括优化模块,根据实际结果和计算结果对比,优化最佳位置。
5.根据权利要求1所述的基于ZIGBEE的信号检测***,其特征在于,所述计算分析模块还包括学习提升模块,根据实际结果与计算结果,优化传播损耗计算算法。
6.根据权利要求5所述的基于ZIGBEE的信号检测***,其特征在于,所述计算算法包括调整因子,通过调整因子优化计算算法。
7.根据权利要求1所述的基于ZIGBEE的信号检测***,其特征在于,所述信号检测模块具有外接接口,外接接口可连接第三方设备,推送信号信息。
8.根据权利要求3所述的基于ZIGBEE的信号检测***,其特征在于,所述ZIGBEE设备包括ZIGBEE Coordinator、outer ZIGBEE Router、ZIGBEE EndDevice、天线增益。
9.根据权利要求1所述的基于ZIGBEE的信号检测***,其特征在于,所述信息获取模块还具有输入端,可通过输入端输入检测区域的基本模型。
10.根据权利要求1所述的基于ZIGBEE的信号检测***,其特征在于,所述信息获取模块还具有测量子模块,测量子模块具有红外、激光测量单元,可测量区域大小、障碍物位置和大小。
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