專利名稱：水環(huán)境監(jiān)測傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種水環(huán)境監(jiān)測傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)。
背景技術(shù)：
水情自動(dòng)測報(bào)是采用現(xiàn)代科技對水文信息進(jìn)行實(shí)時(shí)遙測、傳送和處理的專門技術(shù)，是有效解決江河流域及水庫洪水預(yù)報(bào)、防 洪調(diào)度及水資源合理利用的先進(jìn)手段。它綜合了水文、電子、電信、傳感器和計(jì)算機(jī)等多學(xué)科的有關(guān)最新成果，用于水文測量和計(jì)算，提高了水情測報(bào)速度和洪水預(yù)報(bào)精度，改變了以往僅靠人工測量水情數(shù)據(jù)的落后狀況，擴(kuò)大了水情測報(bào)范圍，對江河流域及水庫安全度汛和電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及水資源合理利用等方面都能發(fā)揮重大作用。水情匯聚節(jié)點(diǎn)就是水情測報(bào)系統(tǒng)中重要的一部分。結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以很好的做到信息及時(shí)采集，分析，做出準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，減少災(zāi)害帶來的損失。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，通常包括傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、外部網(wǎng)絡(luò)和用戶界面。大量傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署在感知區(qū)域內(nèi)部或附近，能夠通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，傳感器節(jié)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)沿著其他傳感器節(jié)點(diǎn)逐跳進(jìn)行傳輸，在傳輸過程中所采集的數(shù)據(jù)可能被多個(gè)節(jié)點(diǎn)處理，經(jīng)過多跳路由后到匯聚節(jié)點(diǎn)，再由匯聚節(jié)點(diǎn)通過外部網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)傳送到處理中心進(jìn)行集中處理。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、可靠性較高且成本較低的水環(huán)境監(jiān)測傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供的水環(huán)境監(jiān)測傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)，其特點(diǎn)是包括用于連接傳感器組以獲取溫度、濕度和水流速度數(shù)據(jù)的傳感器接口、與該傳感器接口相連的數(shù)據(jù)處理模塊、與該數(shù)據(jù)處理模塊的通訊端相連的無線收發(fā)器。具體地，所述數(shù)據(jù)處理模塊采用型號為C8051F的單片機(jī)。具體地，所述無線收發(fā)器采用型號為CC1020的超高頻UHF單片收發(fā)器。具體地，電源模塊與所述傳感器接口、數(shù)據(jù)處理模塊和無線收發(fā)器相連。本實(shí)用新型具有的技術(shù)效果(I)本實(shí)用新型的水環(huán)境監(jiān)測傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)包括單片機(jī)C8051F及CC1020芯片，C8051F單片機(jī)功能齊全，性能優(yōu)異，是真正的混合信號片上系統(tǒng)。CC1020是一種理想的超高頻UHF單片收發(fā)器。其電壓低、功率消耗少、靈敏度高、體積小，只需要少量的外部原件即可組成收發(fā)電路。主要用于ISM(工業(yè)、科研及醫(yī)療)頻帶和在426/429/433/868/915MHZ頻帶的SRD (Short Range Device 一近距離設(shè)備)中，也可經(jīng)編程后用于頻率為402MHz-470MHz 和 804MHz_940MHz 的多信道設(shè)備。(2)傳感器節(jié)點(diǎn)完成對周圍環(huán)境中對象的感知并進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砗?，將測量值無線傳送給監(jiān)控中心。因此，傳感器節(jié)點(diǎn)的基本功能是準(zhǔn)確地采集環(huán)境參數(shù)的值，并進(jìn)行初步的處理，遇險(xiǎn)情時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警；接收監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)請求命令，將采集的數(shù)據(jù)發(fā)往監(jiān)控中心等。(3)數(shù)據(jù)處理模塊用來進(jìn)行節(jié)點(diǎn)設(shè)備控制、任務(wù)調(diào)度、能量計(jì)算、功能協(xié)調(diào)等；無線收發(fā)器用來進(jìn)行節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)發(fā)送、頻率選擇等，傳感器用來進(jìn)行外部傳感器信號的接收、轉(zhuǎn)換，能量供應(yīng)模塊為傳感器節(jié)點(diǎn)提供必要的能量。(4)傳感器組由傳感器、放大器及調(diào)制電路組成，完成被測非電流向電量的轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行初步處理，例如信號的整形、放大等，然后送到通用電路，完成模擬量向數(shù)據(jù)量的轉(zhuǎn)
換并進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砗笏屯鶡o線收發(fā)模塊，無線收發(fā)模塊將其無線發(fā)送出去。通用電路也處理無線收發(fā)模塊接收來的信號，電源部分給整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)提供所需要的能量。

為了使本實(shí)用新型的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中圖I是本實(shí)用新型的水環(huán)境監(jiān)測傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明如圖1，本實(shí)施例的水環(huán)境監(jiān)測傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)，其包括用于連接傳感器組以獲取溫度、濕度和水流速度數(shù)據(jù)的傳感器接口、與該傳感器接口相連的數(shù)據(jù)處理模塊、與該數(shù)據(jù)處理模塊的通訊端相連的無線收發(fā)器。所述數(shù)據(jù)處理模塊采用型號為C8051F的單片機(jī)。所述無線收發(fā)器采用型號為CC1020的超高頻UHF單片收發(fā)器。電源模塊與所述傳感器接口、數(shù)據(jù)處理模塊和無線收發(fā)器相連。CC1020是一臺被設(shè)計(jì)為非常低功率和非常低電壓無線應(yīng)用的真正的單片UHF收發(fā)器。電路主要設(shè)計(jì)為ISM(工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)療)和SRD(短距離設(shè)備)頻帶在402，424，426，429，433，447，449，469，868和915兆赫，但能容易被編程為多信道操作并其頻率在402-470和804-940兆赫范圍。CC1020特別適用于窄頻帶系統(tǒng)以12. 5或25千赫信道間隔并遵照ARIBSTDT-67和EN300220。CC1020主要操作參數(shù)能通過連續(xù)總線來配置，因而CC1020是一臺非常靈活和容易使用的收發(fā)器。在一個(gè)典型的系統(tǒng)里，CC1020和一個(gè)微控制器及若干被動(dòng)元件一起使用。CC1020基于 O. 35umCM0S 的 Chipcon 的 SmartRF-2 技術(shù)。工作時(shí)，首先是對C8051F及CC1020進(jìn)行初始化，設(shè)置參數(shù)，然后置CC1020為發(fā)送狀態(tài)，用16幀廣播幀傳輸，它的作用就是讓傳感器節(jié)點(diǎn)接收，接收到廣播幀時(shí)延遲后發(fā)送數(shù)據(jù)。然后再置CC1020為發(fā)送狀態(tài)，轉(zhuǎn)換過程由定時(shí)器來控制，處于發(fā)送狀態(tài)時(shí)定時(shí)器工作，當(dāng)定時(shí)器沒溢出時(shí)則處于接收狀態(tài)，接收到后通過串口在PC機(jī)上顯示出來，當(dāng)定時(shí)器溢出時(shí)則切換到發(fā)送狀態(tài)，此時(shí)定時(shí)器關(guān)閉，不工作。傳感器節(jié)點(diǎn)在絕大多數(shù)時(shí)間保持“沉默”，但一旦監(jiān)測到數(shù)據(jù)則立即進(jìn)人活動(dòng)狀態(tài)。所有節(jié)點(diǎn)共同合作完成一個(gè)共同的任務(wù)。傳感器節(jié)點(diǎn)硬件通信架構(gòu)的設(shè)計(jì)必須充分考慮電池方面的限制。一般情況下，節(jié)點(diǎn)支持以下功能動(dòng)態(tài)配置，以支持多種網(wǎng)絡(luò)功能；節(jié)點(diǎn)可以動(dòng)態(tài)配置成網(wǎng)關(guān)，普通節(jié)點(diǎn)等；遠(yuǎn)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(tǒng)；支持低功耗的網(wǎng)絡(luò)傳輸；支持長距離通信的能力，以便數(shù)據(jù)傳輸，比如網(wǎng)關(guān)之間的通信。在部署前，只需要少量的預(yù)配置。水環(huán)境監(jiān)測傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)執(zhí)行以下操作①通過傳感器獲取數(shù)據(jù)。②通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD / DC)轉(zhuǎn)化成數(shù)字形式，傳遞給數(shù)據(jù)處理模塊。③數(shù)據(jù)處理模塊一般是與存儲部件緊密結(jié)合，根據(jù)從數(shù)據(jù)采集模塊和無線收發(fā)器傳送過來的數(shù)據(jù)完成數(shù)據(jù)融合、節(jié)點(diǎn)定位等各種計(jì)算功能。在加解密操作中，CPU的計(jì)算能力和節(jié)點(diǎn)的存儲能力(程序代碼存儲、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)存儲、公共參數(shù)存儲等)是必須要考慮的參數(shù)，CPU計(jì)算與存儲器I / O的優(yōu)化設(shè)計(jì)會很大程度提高計(jì)算效率。④無線收發(fā)器負(fù)責(zé)該節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)或者網(wǎng)絡(luò)代理等設(shè)備之間的無線通信，即無線信號的收發(fā)功能，一般被認(rèn)為是整個(gè)結(jié)構(gòu)中耗能最大的部分，從物理層到應(yīng)用層各層面的設(shè)計(jì)都要將低能耗作為最主要的設(shè)計(jì)目標(biāo)之一。⑤能量供應(yīng)模塊在水環(huán)境監(jiān)測傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)中至關(guān)重要，為傳感器節(jié)點(diǎn)各部件提供能量。需要長時(shí)間數(shù)據(jù)采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(dòng)機(jī)器人充電等方式來維持節(jié)點(diǎn)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。節(jié)點(diǎn)各部件之間的協(xié)同也需要精心設(shè)置，如當(dāng)節(jié)點(diǎn)部件工作電壓由2. 7V降到2. V時(shí)，在同樣電能的情況下，節(jié)點(diǎn)生命周期可能會延長5倍，所以當(dāng)前根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)在不同時(shí)段的不同工作模式采用動(dòng)態(tài)功率管理、動(dòng)態(tài)電壓調(diào)度等進(jìn)行能量管理和控制。電池的容量決定了傳感器節(jié)點(diǎn)的壽命。即使使用了環(huán)境能量汲取技術(shù)，還沒有足夠的研究表明這種能量供給已經(jīng)能夠滿足節(jié)點(diǎn)的工作需要。因此一般情況下，我們假設(shè)傳感器節(jié)點(diǎn)的電池容量是有限的，我們必須采用各種手段來降低電池能量的消耗。為了節(jié)省能耗，微處理器一般有兩種運(yùn)行模式運(yùn)行模式和休眠模式。在休眠模式中，節(jié)點(diǎn)能量的消耗要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于運(yùn)行模式。被測物理信號不同，傳感器類型也不同。在不同的應(yīng)用中，傳感器可以采集不同類型的信號，包括振動(dòng)信號、聲音信號、電磁信號、紅外信號、雷達(dá)信號等。采集的信號一般都是模擬信號，通過一個(gè)轉(zhuǎn)換部件將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，然后輸人到處理單元。數(shù)據(jù)采集是實(shí)時(shí)的，但數(shù)據(jù)傳輸卻不一定是實(shí)時(shí)的。傳感器節(jié)點(diǎn)需要一個(gè)嵌人式操作系統(tǒng)來管理各種資源和支持各種應(yīng)用。操作系統(tǒng)可以選擇現(xiàn)有的各種商用嵌人式操作系統(tǒng)，如在WINSNG中就采用微軟的WindowsCE操作系統(tǒng)，也可以自己開發(fā)特定的操作系統(tǒng)，如UCBerkeley為此專門開發(fā)了 TinyOS操作系統(tǒng)。顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本實(shí)用新型所作的舉例，而并非是對本實(shí)用新型的實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。而這些屬于本實(shí)用新型的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求1.一種水環(huán)境監(jiān)測傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)，其特征在于包括用于連接傳感器組以獲取溫度、濕度和水流速度數(shù)據(jù)的傳感器接口、與該傳感器接口相連的數(shù)據(jù)處理模塊、與該數(shù)據(jù)處理模塊的通訊端相連的無線收發(fā)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水環(huán)境監(jiān)測傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理模塊采用型號為C8051F的單片機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水環(huán)境監(jiān)測傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述無線收發(fā)器采用型號為CC1020的超高頻UHF單片收發(fā)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水環(huán)境監(jiān)測傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)，其特征在于一電源模塊與所述傳感器接口、數(shù)據(jù)處理模塊和無線收發(fā)器相連。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種水環(huán)境監(jiān)測傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)，其包括用于連接傳感器組以獲取溫度、濕度和水流速度數(shù)據(jù)的傳感器接口、與該傳感器接口相連的數(shù)據(jù)處理模塊、與該數(shù)據(jù)處理模塊的通訊端相連的無線收發(fā)器。本實(shí)用新型的水環(huán)境監(jiān)測傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)包括單片機(jī)C8051F及CC1020芯片，C8051F單片機(jī)功能齊全，是真正的混合信號片上系統(tǒng)。CC1020是理想的超高頻UHF單片收發(fā)器。其電壓低、功率消耗少、靈敏度高、體積小，只需要少量的外部原件即可組成收發(fā)電路。主要用于ISM(工業(yè)、科研及醫(yī)療)頻帶和在426/429/433/868/915MHz頻帶的SRD(ShortRangeDevice－近距離設(shè)備)中。
文檔編號G01D21/02GK202582603SQ20122019103
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月2日
發(fā)明者呂莉, 劉志明, 侯家振, 樊棠懷, 王穎 申請人:南昌工程學(xué)院