專利名稱：基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的空氣污染實時監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及的是一種涉及空氣污染氣體濃度的監(jiān)測，具體涉及一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的空氣污染實時監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著當(dāng)代社會工業(yè)化、城市化的發(fā)展，空氣污染的狀況日益嚴(yán)重，已經(jīng)引起了廣泛重視。為促進(jìn)我國低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的形成，對空氣環(huán)境的監(jiān)測與治理顯得至關(guān)重要。隨著對空氣質(zhì)量監(jiān)測需求的增多，環(huán)保意識的增強(qiáng)，迫切需要開發(fā)一套可擴(kuò)展性強(qiáng)、價格便宜、容易維護(hù)、安全有效、能夠?qū)崟r進(jìn)行監(jiān)測的空氣污染監(jiān)測系統(tǒng)。目前，我國對城市空氣污染監(jiān)測的方法主要有1)傳統(tǒng)方法，即人工取樣實驗室分析的方法。這種方法只能得到監(jiān)測區(qū)域內(nèi)某段時間內(nèi)的監(jiān)測值，無法進(jìn)行實時監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果受人為的影響很大。同時，當(dāng)監(jiān)測區(qū)域有害氣體濃度很高時會嚴(yán)重傷害監(jiān)測人員的身體健康。2)目前比較流行的在線監(jiān)·測，多采用國外進(jìn)口的自動化大氣環(huán)境監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測。這種監(jiān)測方法，盡管能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)測，但所用設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴、難以維護(hù)、運營成本高且其工作環(huán)境苛刻。

實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)上存在的不足，本實用新型提供一種適合大規(guī)模應(yīng)用的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的空氣污染實時監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)針對當(dāng)前空氣污染監(jiān)測系統(tǒng)的不足，將無線傳感技術(shù)、嵌入式技術(shù)和無線自組網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，克服了傳統(tǒng)空氣污染監(jiān)測系統(tǒng)的不足。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的空氣污染實時監(jiān)測系統(tǒng)，包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測節(jié)點、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點、監(jiān)控子中心、控制終端；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測節(jié)點，用于從傳感器組接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行預(yù)處理后上傳給本區(qū)域的匯聚節(jié)點；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點，用于通過無線網(wǎng)從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測節(jié)點接收數(shù)據(jù)，通過GPRS無線傳輸方式將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控子中心；監(jiān)控子中心，用于將從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析及處理，并根據(jù)預(yù)定的門限值，決定是否需要向控制終端及相關(guān)人員報警，并將數(shù)據(jù)通過Internet發(fā)送到控制終端；控制終端，用于通過Internet接收各監(jiān)控子中心發(fā)來的監(jiān)測數(shù)據(jù)。上述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測節(jié)點包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、無線通信模塊及電源模塊四部分，所述電源模塊分別對數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、無線通信模塊進(jìn)行供電。上述數(shù)據(jù)采集模塊包括傳感器組以及信號調(diào)理電路，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的感知、采集、預(yù)處理，所述傳感器組用于采集空氣溫度、濕度、氣壓、總可吸入顆粒物、CO、CO2, NO, NO2以及SO2。[0012]上述數(shù)據(jù)處理模塊是單片機(jī)Atmegal28L模塊，包括處理器、A/D轉(zhuǎn)換電路、存儲器以及無線通信接口，所述A/D轉(zhuǎn)換電路將信號調(diào)理電路生成的模擬量進(jìn)行量化、編碼，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字信號，然后將該數(shù)字信號傳送給處理器進(jìn)行處理。上述無線通信模塊采用射頻模塊CC2420，配置倒F型PCB天線，與IEEE 802. 15. 4兼容，工作在2. 4GHz頻段，通信范圍可達(dá)10 m _75m，用于負(fù)責(zé)收發(fā)監(jiān)測數(shù)據(jù)及交換控制信息，所述射頻模塊CC2420通過處理器進(jìn)行工作。上述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點包括數(shù)據(jù)處理模塊、無線通訊模塊以及電源模塊，所述電源模塊為數(shù)據(jù)處理模塊以及無線通訊模塊進(jìn)行供電。上述數(shù)據(jù)處理模塊是CC2430模塊，所述CC2430模塊包括CC2420RF收發(fā)器、8051CPU、存儲器、定時器、DMA控制器、AES加密協(xié)處理器、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器、輸入輸出控制器；所述CC2420RF收發(fā)器通過在2. 4GHz頻段接收無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測節(jié)點的射頻模塊CC2420所發(fā)出的數(shù)字信號。 上述無線通訊模塊采用SMCOM公司的GSM/GPRS雙頻模塊SM100模塊，可通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控子中心進(jìn)行無線通信。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點I、設(shè)計合理，易于部署，能夠方便地進(jìn)行自組網(wǎng)，適合大規(guī)模應(yīng)用；2、既能用普通的五號電池供電，也能用太陽能充電電池供電；3、智能化程度高，能夠?qū)崟r反映監(jiān)測數(shù)據(jù)；4、采用自定義的多級異構(gòu)分簇路由協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器節(jié)點快速自組網(wǎng)，可擴(kuò)展性好；5、提供報警功能，可由各本地監(jiān)控子中心利用互聯(lián)網(wǎng)或3G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)報警。
以下結(jié)合附圖
和具體實施方式
來詳細(xì)說明本實用新型；圖I為本實用新型的系統(tǒng)框圖；圖2為無線傳感器監(jiān)測節(jié)點的結(jié)構(gòu)框圖；圖3為無線傳感器匯聚節(jié)點的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方式
為使本實用新型實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實施方式
，進(jìn)一步闡述本實用新型。如圖I所示，一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的空氣污染實時監(jiān)測系統(tǒng)，包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測節(jié)點、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點、監(jiān)控子中心、控制終端；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測節(jié)點，用于從傳感器組接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行預(yù)處理后上傳給本區(qū)域的匯聚節(jié)點；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點，用于通過無線網(wǎng)從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測節(jié)點接收數(shù)據(jù)，通過GPRS無線傳輸方式將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控子中心；監(jiān)控子中心，用于將從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析及處理，并根據(jù)預(yù)定的門限值，決定是否需要向控制終端及相關(guān)人員報警，并將數(shù)據(jù)通過Internet發(fā)送到控制終端；控制終端，用于通過Internet接收各監(jiān)控子中心發(fā)來的監(jiān)測數(shù)據(jù)。[0029]如圖2所示，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測節(jié)點包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、無線通信模塊及電源模塊四部分，電源模塊分別對數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、無線通信模塊進(jìn)行供電。數(shù)據(jù)采集模塊包括傳感器組以及信號調(diào)理電路，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的感知、采集、預(yù)處理，所述傳感器組用于采集空氣溫度、濕度、氣壓、總可吸入顆粒物、CO、C02、N0、NO2以及so2。數(shù)據(jù)處理模塊是單片機(jī)Atmegal28L模塊，包括處理器、A/D轉(zhuǎn)換電路、存儲器以及無線通信接口，所述A/D轉(zhuǎn)換電路將信號調(diào)理電路生成的模擬量進(jìn)行量化、編碼，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字信號，然后將該數(shù)字信號傳送給處理器進(jìn)行處理。無線通信模塊采用射頻模塊CC2420，配置倒F型PCB天線，與IEEE 802. 15. 4兼容，工作在2. 4GHz頻段，通信范圍可達(dá)10 m _75m，用于負(fù)責(zé)收發(fā)監(jiān)測數(shù)據(jù)及交換控制信息，所述射頻模塊CC2420通過處理器進(jìn)行工作。如圖3所示，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點包括數(shù)據(jù)處理模塊、無線通訊模塊以及電源模塊，所述電源模塊為數(shù)據(jù)處理模塊以及無線通訊模塊進(jìn)行供電。數(shù)據(jù)處理模塊是CC2430模塊，所述CC2430模塊包括CC2420RF收發(fā)器、8051CPU、存儲器、定時器、DMA控制器、AES加密協(xié)處理器、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器、輸入輸出控制器；所述CC2420RF收發(fā)器通過在2. 4GHz頻段接收無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測節(jié)點的射頻模塊CC2420所發(fā)出的數(shù)字信號。無線通訊模塊采用SMCOM公司的GSM/GPRS雙頻模塊SM100模塊，可通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控子中心進(jìn)行無線通信。針對本系統(tǒng)的測試中，在空曠處分別部署了兩塊監(jiān)測區(qū)域，每塊監(jiān)測區(qū)域內(nèi)部署10個監(jiān)測節(jié)點，兩塊監(jiān)測區(qū)域共享一個匯聚節(jié)點。無線傳感器監(jiān)測節(jié)點每隔半個小時進(jìn)行一次采樣，完成一次數(shù)據(jù)采集、發(fā)送之后，自動進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待下一個采用周期的到來。當(dāng)所采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)超過預(yù)設(shè)的警戒線時可由匯聚節(jié)點通過GSM網(wǎng)絡(luò)直接發(fā)送報警短消息或者由所在的監(jiān)控中心通過Internet發(fā)送報警信息。綜上所述，本實用新型其設(shè)計合理，易于部署，智能化程度高，能夠?qū)鞲衅鞴?jié)點進(jìn)行空中編程，能夠保障無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存時間，能夠靈敏地反映大氣污染狀況并及時報警，監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能夠方便地進(jìn)行自組網(wǎng)、可擴(kuò)展性好，適合推廣應(yīng)用。以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特征和本實用新型的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求1.一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的空氣污染實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測節(jié)點、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點、監(jiān)控子中心、控制終端； 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測節(jié)點，用于從傳感器組接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行預(yù)處理后上傳給本區(qū)域的匯聚節(jié)點； 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點，用于通過無線網(wǎng)從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測節(jié)點接收數(shù)據(jù)，通過GPRS無線傳輸方式將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控子中心； 監(jiān)控子中心，用于將從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析及處理，并根據(jù)預(yù)定的門限值，決定是否需要向控制終端及相關(guān)人員報警，并將數(shù)據(jù)通過Internet發(fā)送到控制終端； 控制終端，用于通過Internet接收各監(jiān)控子中心發(fā)來的監(jiān)測數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的空氣污染實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測節(jié)點包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、無線通信模塊及電源模塊四部分，所述電源模塊分別對數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、無線通信模塊進(jìn)行供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的空氣污染實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集模塊包括傳感器組以及信號調(diào)理電路，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的感知、采集、預(yù)處理，所述傳感器組用于采集空氣溫度、濕度、氣壓、總可吸入顆粒物、CO、C02、N0、NO2以及so2。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的空氣污染實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理模塊是單片機(jī)Atmegal28L模塊，包括處理器、A/D轉(zhuǎn)換電路、存儲器以及無線通信接口，所述A/D轉(zhuǎn)換電路將信號調(diào)理電路生成的模擬量進(jìn)行量化、編碼，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字信號，然后將該數(shù)字信號傳送給處理器進(jìn)行處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的空氣污染實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述無線通信模塊采用射頻模塊CC2420，配置倒F型PCB天線，與IEEE 802. 15. 4兼容，工作在2. 4GHz頻段，通信范圍可達(dá)10 m _75m，用于負(fù)責(zé)收發(fā)監(jiān)測數(shù)據(jù)及交換控制信息，所述射頻模塊CC2420通過處理器進(jìn)行工作。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的空氣污染實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點包括數(shù)據(jù)處理模塊、無線通訊模塊以及電源模塊，所述電源模塊為數(shù)據(jù)處理模塊以及無線通訊模塊進(jìn)行供電。
7.根據(jù)權(quán)利要求5、6任一權(quán)利要求所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的空氣污染實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理模塊是CC2430模塊，所述CC2430模塊包括CC2420RF收發(fā)器、8051CPU、存儲器、定時器、DMA控制器、AES加密協(xié)處理器、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器、輸入輸出控制器；所述CC2420RF收發(fā)器通過在2. 4GHz頻段接收無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測節(jié)點的射頻模塊CC2420所發(fā)出的數(shù)字信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的空氣污染實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述無線通訊模塊采用SMCOM公司的GSM/GPRS雙頻模塊SM100模塊，可通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控子中心進(jìn)行無線通信。
專利摘要本實用新型涉及一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的空氣污染實時監(jiān)測系統(tǒng)，包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測節(jié)點、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點、監(jiān)控子中心、控制終端；本實用新型其設(shè)計合理，易于部署，智能化程度高,能夠?qū)鞲衅鞴?jié)點進(jìn)行空中編程,能夠保障無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存時間，能夠靈敏地反映大氣污染狀況并及時報警，監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能夠方便地進(jìn)行自組網(wǎng)、可擴(kuò)展性好，適合推廣應(yīng)用。
文檔編號G08C17/02GK202720001SQ201220299319
公開日2013年2月6日 申請日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者吳迪, 劉小峰, 朱昌平 申請人:河海大學(xué)常州校區(qū)