專利名稱：環(huán)境監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及一種針對文物展覽和儲藏的無線環(huán)境監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
發(fā)掘出土后的文物的腐變除與其自身材料特性有關(guān)外，所處的環(huán)境對文物腐變影響也很大。例如，溫度過高會加速化學(xué)反應(yīng)，同時也促使環(huán)境中的生物的滋長；水分會使有機(jī)材料或金屬制成的文物腐化，同時也促使許多物理和化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生；強(qiáng)光易使油墨及顏料發(fā)生褪色、變化；較大振動可使易碎文物破碎；酸堿度過高或過低會加速有機(jī)材料的水解，也有可能使物品發(fā)生假晶置換；酸性氣體和氧化氣體等有害氣體也會對文物構(gòu)成侵蝕。因此，在展覽和儲藏文物過程中，對展覽和儲藏所用文物柜中的溫度、濕度、光照、有害氣體、振動、酸堿度等環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測極為重要，是文物保護(hù)工作的基礎(chǔ)和前提。現(xiàn)有技術(shù)中存在對環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測的系統(tǒng)，如對辦公樓內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測的系統(tǒng)。 但文物環(huán)境與傳統(tǒng)的開放環(huán)境相比有著明顯的區(qū)別。第一、在傳統(tǒng)開放環(huán)境監(jiān)測中，可以采用太陽能電池供電或有源供電，即使采用電池供電方式，工作人員也可以隨時更換電池，因此，對監(jiān)測設(shè)備的能耗通常沒有要求。然而，在展覽和儲藏過程中，文物處于室內(nèi)密閉的展柜中，無法采用太陽能供電，另外，采用有源供電時所需的大量電線又影響展陳效果。因而， 較理想的方式是使用電池供電。但是，展柜和儲柜的開啟次數(shù)是受嚴(yán)格限制的，所以，不能頻繁更換電池，這就要求監(jiān)測設(shè)備工作能耗低，工作壽命長。第二、對傳統(tǒng)目標(biāo)如果園、農(nóng)田、河湖等的環(huán)境監(jiān)測，其精度和可靠性要求不高，而文物展藏環(huán)境要求較高，監(jiān)測數(shù)據(jù)的偏差或監(jiān)測設(shè)備的異常工作可能會使工作人員采取錯誤的控制，從而對文物造成破壞。因而，已有開放環(huán)境中所采用的監(jiān)測裝置難以適用于文物展藏環(huán)境的監(jiān)測?，F(xiàn)有技術(shù)中也存在專用于文物展示和儲藏環(huán)境監(jiān)測的相關(guān)設(shè)備，主要分為兩類， 一類是恒溫或恒濕的一體化文物柜，將文物柜的溫度濕度的監(jiān)測和控制結(jié)合起來，形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)；另一類是獨(dú)立的有源溫濕計(jì)，被放置在文物柜內(nèi)對柜內(nèi)溫度和濕度進(jìn)行測量。恒溫恒濕的一體化的文物柜采用主動式保護(hù)方式工作，首先通過溫濕度傳感器實(shí)時采集柜內(nèi)的溫濕度參數(shù)，并與預(yù)設(shè)的溫濕度進(jìn)行比較，若溫度值或濕度值低于預(yù)設(shè)值，則打開升溫或加濕裝置；否則，若溫濕度值高于預(yù)設(shè)值，則打開冷卻或除濕裝置。同時，也在本地顯示溫濕度參數(shù)。這種文物柜的不足是采用人工抄表方式記錄文物柜內(nèi)的溫濕度，因受人力限制，只能定期去記錄各溫濕度讀數(shù)，以至于文物柜的某些故障在發(fā)現(xiàn)之前就可能已經(jīng)對一些文物造成毀滅性的損壞。雖已有文物柜提供了無線收發(fā)模塊，卻未說明如何組網(wǎng)。 通過無線方式實(shí)現(xiàn)可靠地收集數(shù)據(jù)是一項(xiàng)極為困難的工作，大型文博院館數(shù)量眾多的文物展柜和儲藏柜所帶來的可擴(kuò)展性問題加劇了這個問題的復(fù)雜性。獨(dú)立的有源溫濕計(jì)采用被動式保護(hù)，通常由電源供電，通過傳感器對溫濕度進(jìn)行采集，并在指示器上進(jìn)行顯示。使用獨(dú)立溫濕計(jì)和恒溫恒濕的一體柜一樣，必須要求大量人力定期到各文物柜處記錄柜內(nèi)的溫濕度，需要耗費(fèi)大量的人力成本。并且不能保證及時發(fā)現(xiàn)文物柜內(nèi)的溫濕度異常。大量的溫濕計(jì)所連數(shù)據(jù)線也影響文物柜密封性和文物柜布置的靈活性?？傊F(xiàn)有技術(shù)中的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)或者不適用于文物環(huán)境，或者在數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時性上存在不足，不容易及時發(fā)現(xiàn)文物環(huán)境的異常。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)不適用于文物環(huán)境的缺陷，從而提供一種無線環(huán)境監(jiān)測裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種環(huán)境監(jiān)測裝置，包括普通監(jiān)測器、融合監(jiān)測器以及監(jiān)測基站；其中，至少一個所述的普通監(jiān)測器與一融合監(jiān)測器構(gòu)成一微型網(wǎng)絡(luò)；所述微型網(wǎng)絡(luò)中的普通監(jiān)測器對所在區(qū)域內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，將監(jiān)測結(jié)果發(fā)送到所屬微型網(wǎng)絡(luò)中的融合監(jiān)測器上；所述融合監(jiān)測器將所屬微型網(wǎng)絡(luò)中的所有普通監(jiān)測器的監(jiān)測結(jié)果以及自身的監(jiān)測結(jié)果加以融合，然后將融合后的結(jié)果發(fā)送到所述的監(jiān)測基站；所述的監(jiān)測基站負(fù)責(zé)接收、綜合各個微型網(wǎng)絡(luò)的融合后的監(jiān)測結(jié)果。上述技術(shù)方案中，所述普通監(jiān)測器包括傳感模塊、存儲模塊、控制模塊以及無線通信模塊；其中，所述的傳感模塊用于采集環(huán)境信息；所述的存儲模塊用于存儲采集到的環(huán)境信息，所述的控制模塊用于控制環(huán)境信息的采集、發(fā)送過程；所述的無線通信模塊用于發(fā)送所述的環(huán)境信息。上述技術(shù)方案中，所述的控制模塊包括時間同步機(jī)構(gòu)與功率控制機(jī)構(gòu)；所述的時間同步機(jī)構(gòu)用于將本地時間同步為監(jiān)測基站的時間，所述的功率控制機(jī)構(gòu)用于對所述無線通信模塊的發(fā)射功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。上述技術(shù)方案中，所述融合監(jiān)測器包括傳感模塊、存儲模塊、控制模塊以及無線通信模塊；其中，所述的傳感模塊用于采集環(huán)境信息；所述的存儲模塊用于存儲采集到的環(huán)境信息；所述的控制模塊用于控制環(huán)境信息的采集、發(fā)送過程，并將所述普通監(jiān)測器發(fā)送的環(huán)境信息加以融合；所述的無線通信模塊用于發(fā)送所述的環(huán)境信息。上述技術(shù)方案中，所述的控制模塊包括時間同步機(jī)構(gòu)、功率控制機(jī)構(gòu)以及數(shù)據(jù)融合機(jī)構(gòu)；所述的時間同步機(jī)構(gòu)用于將本地時間同步為監(jiān)測基站的時間，所述的功率控制機(jī)構(gòu)用于對所述無線通信模塊的發(fā)射功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，所述的數(shù)據(jù)融合機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)所采集參數(shù)的融合。上述技術(shù)方案中，在所述的微型網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，所述普通監(jiān)測器中的至少一個由具有所述融合監(jiān)測器功能的監(jiān)測器實(shí)現(xiàn)。上述技術(shù)方案中，在所述的微型網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，所述的融合監(jiān)測器根據(jù)需要關(guān)閉自身的數(shù)據(jù)融合功能，轉(zhuǎn)換為所述的普通監(jiān)測器，并為所屬微型網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其他一具有所述融合監(jiān)測器功能的普通融合器打開數(shù)據(jù)融合功能，將該普通監(jiān)測器轉(zhuǎn)換為融合監(jiān)測器。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、監(jiān)測器節(jié)點(diǎn)采用自適應(yīng)方式對發(fā)射功率進(jìn)行控制以降低發(fā)射能耗，并周期性采集環(huán)境信息，采用深度睡眠技術(shù)，關(guān)閉無線通信模塊、傳感模塊及微處理器模塊，可達(dá)到較長工作壽命。2、本發(fā)明通過對多個監(jiān)測器對所采集的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行融合處理，提高了監(jiān)測所得環(huán)境參數(shù)的準(zhǔn)確性和可靠性。3、本發(fā)明的監(jiān)測器具有時間同步的功能，可保證采集的環(huán)境信息時間的一致性。4、本發(fā)明的監(jiān)測器之間通過無線方式通信，并構(gòu)成自組織網(wǎng)絡(luò)，可將所采集環(huán)境參數(shù)、剩余電量和預(yù)警信號實(shí)時發(fā)送出去，實(shí)現(xiàn)對文物展覽和儲藏環(huán)境的遠(yuǎn)程機(jī)房式監(jiān)控。5、本發(fā)明的基于無線網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測器體積小，且僅需電池供電，只需放置于文物展覽柜或儲藏室內(nèi)，便于布設(shè)和維護(hù)。


圖1為本發(fā)明的環(huán)境監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明的環(huán)境監(jiān)測裝置中的監(jiān)測器的結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明的環(huán)境監(jiān)測裝置中的監(jiān)測器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖；圖4為監(jiān)測器在初始化態(tài)時的初始化流程圖；圖5A為普通監(jiān)測器以及融合監(jiān)測器在未同步態(tài)302時的工作時序圖；圖5B為普通監(jiān)測器與融合監(jiān)測器在同步態(tài)303時的工作時序圖；圖6為普通監(jiān)測器在活動時段與融合監(jiān)測器在活動時段的工作流程圖；圖7為融合監(jiān)測器在參數(shù)收集時段的工作流程圖；圖8為監(jiān)測基站的工作流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明加以說明。正如背景技術(shù)中所提到的，文物的展覽和儲藏環(huán)境具有特殊的要求，針對這一特殊要求，本發(fā)明提出了如圖1所示的環(huán)境監(jiān)測裝置，該裝置包括普通監(jiān)測器101、融合監(jiān)測器102以及監(jiān)測基站103。由于文物的展覽或儲藏具有局部集中、整體分散的特點(diǎn)，例如常見的將一定數(shù)量的文物保存在一個文物柜中，不同文物柜之間相互隔離，因此本發(fā)明的環(huán)境監(jiān)測裝置將位于同一區(qū)域內(nèi)(如在同一文物柜內(nèi))的監(jiān)測器組成一個微型網(wǎng)絡(luò)104，該微型網(wǎng)絡(luò)104至少包括一個所述的融合監(jiān)測器102，還包括多個普通監(jiān)測器101。所述普通監(jiān)測器101對自身所在區(qū)域內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，然后將監(jiān)測結(jié)果發(fā)送到本微型網(wǎng)絡(luò)中的融合監(jiān)測器102。融合監(jiān)測器102將自身微型網(wǎng)絡(luò)中的各個普通監(jiān)測器101以及自身的監(jiān)測結(jié)果加以融合，然后將融合后的結(jié)果通過無線信道發(fā)送到所述的監(jiān)測基站103，并向本微型網(wǎng)絡(luò)中的普通監(jiān)測器101發(fā)送響應(yīng)。監(jiān)測基站103負(fù)責(zé)接收、綜合各個微型網(wǎng)絡(luò)的融合后的監(jiān)測結(jié)果，并向各個微型網(wǎng)絡(luò)中的融合監(jiān)測器102發(fā)送響應(yīng)。由于在本發(fā)明的環(huán)境監(jiān)測裝置中，普通監(jiān)測器與融合監(jiān)測器(以下可統(tǒng)稱為監(jiān)測器)具有數(shù)量多、分布廣的優(yōu)點(diǎn)，因此首先對它們的結(jié)構(gòu)和功能加以說明。在本發(fā)明中，一個微型網(wǎng)絡(luò)中的監(jiān)測器按照功能分為普通監(jiān)測器和融合監(jiān)測器， 雖然兩者在功能上存在一定的差異，但它們的基本結(jié)構(gòu)是相似的，因此首先結(jié)合圖2對本發(fā)明中的監(jiān)測器的結(jié)構(gòu)加以總體說明。監(jiān)測器包括傳感模塊201、存儲模塊202、控制模塊 203、讀數(shù)顯示板204、無線通信模塊205以及電源模塊206。其中的傳感模塊201包括傳感
5器與模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，所述傳感器包括多種類型，如溫度傳感器、濕度傳感器、光照度傳感器、 振動傳感器、氣體傳感器等，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)需要為傳感模塊201配置相應(yīng)類型的傳感器。傳感器檢測所在區(qū)域內(nèi)的相應(yīng)環(huán)境信息后，將用于表示這些環(huán)境信息的模擬電壓信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后在控制模塊203的控制下經(jīng)由無線通信模塊 205發(fā)送出去。在這一過程中，存儲模塊202用于存儲傳感模塊201所采集的數(shù)據(jù)以及處理過程中的中間結(jié)果，而讀數(shù)顯示板204則用于在本地實(shí)時顯示所在區(qū)域中的環(huán)境信息。電源模塊206用于向監(jiān)測器中的其余部分提供電能，基于前面所提到的文物展覽和儲藏環(huán)境的特殊性，電源模塊206需要采用電池實(shí)現(xiàn)。為了盡可能地減少電池更換次數(shù)，用于電源模塊206上的電池應(yīng)當(dāng)采用高能電池。電源模塊206中的剩余電量的信息可通過讀數(shù)顯示板 204實(shí)時顯示，并通過無線通信模塊205發(fā)射出去。與普通監(jiān)測器相比，融合監(jiān)測器需要將普通監(jiān)測器所發(fā)送的環(huán)境信息數(shù)據(jù)加以融合，因此，兩者除了在總體結(jié)構(gòu)上基本相同外，在實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)上有一定的差別。例如，融合監(jiān)測器的控制模塊較普通監(jiān)測器的控制模塊在功能模塊的組成上有所不同。融合監(jiān)測器的控制模塊至少應(yīng)當(dāng)包括一個用于實(shí)現(xiàn)所采集參數(shù)的融合的數(shù)據(jù)融合機(jī)構(gòu)，該數(shù)據(jù)融合機(jī)構(gòu)將所在微型網(wǎng)絡(luò)中所接收到的其余普通監(jiān)測器所發(fā)出的環(huán)境參數(shù)加以統(tǒng)計(jì)，并將統(tǒng)計(jì)結(jié)果統(tǒng)一地發(fā)送給監(jiān)測基站，而普通監(jiān)測器的控制模塊則可以不包括該機(jī)構(gòu)。但無論是普通監(jiān)測器還是融合監(jiān)測器，其控制模塊中應(yīng)當(dāng)包括有時間同步機(jī)構(gòu)，時間同步機(jī)構(gòu)用于將本地時間同步為基站時間，從而使得不同的監(jiān)測器之間可以協(xié)同工作。出于節(jié)省能耗的考慮，作為一種優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式，監(jiān)測器的控制模塊中還應(yīng)當(dāng)包括功率控制機(jī)構(gòu)，功率控制機(jī)構(gòu)用于對無線通信模塊205的發(fā)射功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。具體的說，監(jiān)測器在向一發(fā)送目標(biāo)首次發(fā)送數(shù)據(jù)包時，可以使用最大發(fā)射功率發(fā)送，當(dāng)接收到該發(fā)送目標(biāo)的回復(fù)包后，可由功率控制機(jī)構(gòu)根據(jù)接收信號的RSSI值計(jì)算并記錄針對該目標(biāo)的最佳發(fā)射功率，然后根據(jù)最佳發(fā)射功率值調(diào)節(jié)發(fā)射功率，以后維護(hù)針對該發(fā)送目標(biāo)的最佳發(fā)射功率值，不再需要按照最大發(fā)射功率發(fā)送數(shù)據(jù)包，達(dá)到了節(jié)省能耗的效果。從上述說明可以看出，普通監(jiān)測器與融合監(jiān)測器主要是其在微型網(wǎng)絡(luò)中所扮演的角色不同，它們的基本結(jié)構(gòu)并無明顯差別。因此，作為一種優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式，在本發(fā)明中普通監(jiān)測器與融合監(jiān)測器的角色可以輪換，即在某一時間段內(nèi)監(jiān)測器A為普通監(jiān)測器，而在另一時間段內(nèi)，監(jiān)測器A可以為融合監(jiān)測器。為了實(shí)現(xiàn)角色的輪換，一個監(jiān)測器必須配置數(shù)據(jù)融合機(jī)構(gòu)以便同時具備普通監(jiān)測器與融合監(jiān)測器的功能，在一種角色下只能執(zhí)行對應(yīng)的功能，在角色輪換過程中，則可改變所執(zhí)行的功能。例如，一個監(jiān)測器的控制模塊203中包含數(shù)據(jù)融合機(jī)構(gòu)，若該監(jiān)測器為普通監(jiān)測器，則數(shù)據(jù)融合機(jī)構(gòu)不起作用，只有當(dāng)該監(jiān)測器為融合監(jiān)測器時，數(shù)據(jù)融合機(jī)構(gòu)才起到相應(yīng)的作用。在下文中將會提到，融合監(jiān)測器較普通監(jiān)測器的工作時間更長，所要消耗的電能更大，因此，微型網(wǎng)絡(luò)中各個監(jiān)測器具有角色輪換的功能將有助于平衡各個監(jiān)測器的電能消耗，避免一個微型網(wǎng)絡(luò)中某一監(jiān)測器長時間作為融合監(jiān)測器而早早地電能耗盡，而其余監(jiān)測器尚剩余較大電能的情況的發(fā)生，盡可能地延長整個微型網(wǎng)絡(luò)中監(jiān)測器的總體工作時間，減少電池更換次數(shù)。圖3為監(jiān)測器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，無論是普通監(jiān)測器還是融合監(jiān)測器，它在任意時刻都處于三種狀態(tài)之一初始化態(tài)301、未同步態(tài)302和同步態(tài)303。監(jiān)測器在啟動后會立即進(jìn)入初始化態(tài)301，完成設(shè)備的初始化工作，并驅(qū)動設(shè)備進(jìn)入未同步態(tài)302。未同步態(tài)302和同步態(tài)303的區(qū)分標(biāo)志是監(jiān)測器的時鐘是否和監(jiān)測基站103的時鐘保持同步，即時鐘值是否一致。監(jiān)測器剛啟動時，其時鐘與監(jiān)測基站103時鐘不同步，此時監(jiān)測器都處于未同步態(tài)302，當(dāng)作為融合監(jiān)測器的監(jiān)測器成功地將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)測基站103后，融合監(jiān)測器102 首先完成與監(jiān)測基站103的時間同步并進(jìn)入同步態(tài)303，然后，普通監(jiān)測器101通過融合監(jiān)測器102實(shí)現(xiàn)與監(jiān)測基站103的時間同步并進(jìn)入同步態(tài)303。因?yàn)榭刂颇K內(nèi)部的晶體振蕩器頻率存在偏差，加上溫度變化和電磁波干擾等情況，同步后的監(jiān)測器仍有可能發(fā)生時間偏移，使得數(shù)據(jù)發(fā)送方和數(shù)據(jù)接收方不同時處于工作狀態(tài)，從而引起數(shù)據(jù)發(fā)送失敗。在若干次數(shù)據(jù)發(fā)送失敗后，監(jiān)測器將從同步態(tài)303進(jìn)入未同步態(tài)302。監(jiān)測器在三種工作狀態(tài)下有不同的工作流程，下面分別就這些工作狀態(tài)下的工作流程加以說明。在圖4中對監(jiān)測器在初始化態(tài)301時的初始化步驟加以說明。步驟401、生成環(huán)境參數(shù)類型。盡管大多數(shù)文物都對環(huán)境的溫濕度有一定要求，但不同文物對光照度、有害氣體和振動等環(huán)境參數(shù)的具體要求并不相同，因而，針對不同文物的展藏環(huán)境的監(jiān)測應(yīng)該有不同的目標(biāo)環(huán)境參數(shù)，監(jiān)測器也應(yīng)配備不同的傳感器。所以，監(jiān)測器需要在本步驟根據(jù)自身所配置的傳感器類型確定自身所應(yīng)采集的環(huán)境參數(shù)的類型。步驟402、將封裝環(huán)境參數(shù)、預(yù)警信號和電池剩余電量的數(shù)據(jù)包的序列號初始化為 O0步驟403、將用于記錄數(shù)據(jù)包重傳次數(shù)的變量retxTime和用于記錄發(fā)送失敗次數(shù)的變量txi^aiIedTime都初始化為0。步驟404、普通監(jiān)測器將自己的數(shù)據(jù)包發(fā)送目的地址destPkt設(shè)置為所在微型網(wǎng)絡(luò)的某預(yù)設(shè)的融合監(jiān)測器的id，融合監(jiān)測器將自己的數(shù)據(jù)包發(fā)送目的地址destPkt設(shè)置為監(jiān)測基站的id。步驟405、監(jiān)測器為同步態(tài)選擇隨機(jī)散列的喚醒時間偏移量randomOffset。步驟406 進(jìn)入非同步態(tài)。監(jiān)測器在同步狀態(tài)和非同步狀態(tài)下的一個工作周期內(nèi)有多個分段。圖5A為普通監(jiān)測器以及融合監(jiān)測器在未同步態(tài)302時的工作時序圖，其中圖5A的上半部分表示普通監(jiān)測器，圖5A的下半部分表示融合監(jiān)測器。從圖5A中可以看出，普通監(jiān)測器的每個周期由活動時段501和睡眠時段502組成。在活動時段501，普通監(jiān)測器采集并發(fā)送環(huán)境參數(shù)、預(yù)警信號和電池剩余電量，此外也進(jìn)行時間同步。在睡眠時段502，普通監(jiān)測器關(guān)閉自身的無線通信模塊、傳感模塊和處理器模塊以節(jié)省能量。與之相比，融合監(jiān)測器的每個周期由環(huán)境參數(shù)收集時段503、活動時段504和睡眠時段505組成。在參數(shù)收集時段503，融合監(jiān)測器收集在同一文物柜內(nèi)的普通監(jiān)測器發(fā)送的數(shù)據(jù)并進(jìn)行回復(fù)。在活動時段504，融合監(jiān)測器自已采集環(huán)境參數(shù)、生成預(yù)警信號和讀取電池剩余電量，融合整個文物柜內(nèi)的其它普通監(jiān)測器所發(fā)送的環(huán)境參數(shù)和預(yù)警信號，然后將融合后的結(jié)果和剩余電量發(fā)送給監(jiān)測基站，并比較剩余能量以判斷是否需要輪換融合監(jiān)測器?；顒訒r段的開始時間為參數(shù)收集時段503的長度加上喚醒時間偏移量randomOffset。在睡眠時段505，融合監(jiān)測器關(guān)閉無線通信模塊、傳感模塊和處理器模塊以降低能量消耗。圖5B為普通監(jiān)測器與融合監(jiān)測器在同步態(tài)303時的工作時序圖，其中上面和中間部分表示同一微型網(wǎng)絡(luò)中的不同普通監(jiān)測器的工作時序，而下面部分表示該微型網(wǎng)絡(luò)中的融合監(jiān)測器的工作時序。普通監(jiān)測器與融合監(jiān)測器的工作周期的組成與非同步態(tài)時相似， 在前面對圖5A的說明中已經(jīng)做了描述。將圖5A與圖5B加以比較可以發(fā)現(xiàn)，同步態(tài)303的周期長度比未同步態(tài)302大數(shù)倍。這是因?yàn)橹芷谠介L，工作時段占得比例越少，因而能耗也越少。而將融合監(jiān)測器和普通監(jiān)測器在未同步態(tài)時的工作周期設(shè)置為較小值則是為了有利于處于未同步態(tài)的融合監(jiān)測器實(shí)現(xiàn)與監(jiān)測基站的同步，也有利于處于未同步態(tài)時的普通監(jiān)測器與已處于同步態(tài)的融合監(jiān)測器實(shí)現(xiàn)時間同步。普通監(jiān)測器在活動時段501與融合監(jiān)測器在活動時段504的工作流程基本相同， 參考圖6，對它們在活動時段所要完成的工作做具體說明。步驟601、監(jiān)測器中的傳感模塊采集環(huán)境參數(shù)。步驟602、將所采集的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。步驟603、對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。在校正過程中可采用曲線擬合或插值等現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)公知的校正方法。步驟604、將校正后的環(huán)境參數(shù)顯示在讀數(shù)顯示板上。步驟605、判斷是否有某個環(huán)境參數(shù)超出正常范圍，不同的環(huán)境參數(shù)有不同的預(yù)設(shè)正常范圍。步驟606、若某參數(shù)超過正常范圍，則立即產(chǎn)生預(yù)警信號，通過發(fā)送出去的數(shù)據(jù)包中的一個標(biāo)志位記錄。步驟607、讀取電池剩余電量。步驟608、將當(dāng)前數(shù)據(jù)包重傳次數(shù)變量retxTime置0。步驟609、普通監(jiān)測器與融合監(jiān)測器在本步驟所要完成的操作有明顯的不同，下面分別予以說明。普通監(jiān)測器將環(huán)境參數(shù)、預(yù)警標(biāo)志和電池剩余電量通過無線信道發(fā)送給融合監(jiān)測器，并等待融合監(jiān)測器的回復(fù)。融合監(jiān)測器首先，對環(huán)境參數(shù)及其預(yù)警標(biāo)志進(jìn)行融合。以溫度為例，融合監(jiān)測器計(jì)算自身所在微型網(wǎng)絡(luò)中的所有普通監(jiān)測器發(fā)送給自己的溫度值以及自己探測得到的溫度值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，將該平均值與標(biāo)準(zhǔn)差作為所在文物柜的溫度值。若融合監(jiān)測器接收到普通監(jiān)測器所發(fā)送的預(yù)警標(biāo)志，或融合監(jiān)測器自身生成了預(yù)警標(biāo)志，則生成發(fā)送到監(jiān)測基站的預(yù)警標(biāo)志。然后，將融合后的環(huán)境參數(shù)、預(yù)警標(biāo)志和各監(jiān)測器的剩余電量發(fā)送給監(jiān)測基站，并等待監(jiān)測基站的回復(fù)。前文中已經(jīng)提到，微型網(wǎng)絡(luò)中的普通監(jiān)測器和融合監(jiān)測器可以做角色輪換。由于只有融合監(jiān)測器才有可能了解自身所在微型網(wǎng)絡(luò)中其余監(jiān)測器的相關(guān)信息，因此角色輪換通常由融合監(jiān)測器實(shí)現(xiàn)。在實(shí)現(xiàn)角色輪換時，首先計(jì)算當(dāng)前微型網(wǎng)絡(luò)中所有普通監(jiān)測器的最小剩余能量和最大剩余能量；然后將自身的剩余能量與計(jì)算得到的最小剩余能量加以比較，若自己的剩余能量小于該最小剩余能量值的一定百分比，如小于50%，則選擇具有最大剩余能量的普通監(jiān)測器作為新的融合監(jiān)測器；最后在下一周期將新融合監(jiān)測器的id發(fā)送給微網(wǎng)內(nèi)所有普通監(jiān)測器，并將自己在下一周期結(jié)束后切換為普通監(jiān)測器。在下面的步驟中，對角色輪換過程中所要完成的操作予以說明。
步驟610、若在RETX_TIMER_DELAY時間內(nèi)收到回復(fù)，則執(zhí)行步驟616，否則，執(zhí)行步驟 611。步驟611、若當(dāng)前數(shù)據(jù)包重傳次數(shù)不超過RETX_MAX_TIMES，則執(zhí)行612，否則，當(dāng)前數(shù)據(jù)包重傳次數(shù)大于等于RETX_MAX_TIMES，則執(zhí)行步驟613。步驟612、將retxTime加1，然后重新執(zhí)行步驟609。步驟613、將發(fā)送失敗次數(shù)txi^ailedTime加1。步驟614、若當(dāng)前處于同步態(tài)并且發(fā)送失敗次數(shù)大于等于FAILED_TX_TIMES_TO_ UNSYN，則執(zhí)行步驟620和621，然后進(jìn)入未同步態(tài)，并將發(fā)送失敗次數(shù)txi^iiledTime置0。步驟615、關(guān)閉無線通信模塊、處理器模塊和傳感模塊，設(shè)置喚醒時鐘，并進(jìn)入睡眠。步驟616、對于融合監(jiān)測器直接進(jìn)行步驟618。對于普通監(jiān)測器，若回復(fù)包中含新融合監(jiān)測器ID，則執(zhí)行步驟617 ；否則，執(zhí)行步驟618。步驟617、若自己為新融合監(jiān)測器，則使自己在活動時段501結(jié)束后，切換為融合監(jiān)測器；否則，僅更新數(shù)據(jù)包發(fā)送目的地址destPkt為新融合監(jiān)測器ID。步驟618、若回復(fù)包的時間戳為Oxffff，則表示融合監(jiān)測器處于未同步態(tài)，此時執(zhí)行步驟619，若回復(fù)包的時間戳不為Oxffff，則執(zhí)行步驟622。步驟619、若處于同步態(tài)，則執(zhí)行步驟620，否則執(zhí)行步驟615。步驟620、進(jìn)入未同步態(tài)。步驟619、將發(fā)送失敗次數(shù)txi^iiledTime置0，然后執(zhí)行步驟615。步驟622、將本地時鐘值設(shè)置為回復(fù)包中所帶的時間戳，實(shí)現(xiàn)與監(jiān)測基站的時間同步ο步驟623、若處于未同步態(tài)，則執(zhí)行步驟624，否則，直接執(zhí)行步驟615進(jìn)入睡眠。步驟624、進(jìn)入同步態(tài)。步驟625、設(shè)置發(fā)送失敗次數(shù)txi^iiledTime為0。從圖5A和圖5B可以看出，融合監(jiān)測器較普通監(jiān)測器額外包括參數(shù)收集時段503， 在圖7中給出了參數(shù)收集時段503的工作流程圖。步驟701、融合監(jiān)測器在收到數(shù)據(jù)包P后，若當(dāng)前處于同步態(tài)，則將當(dāng)前時間加入數(shù)據(jù)包P，形成回復(fù)數(shù)據(jù)包P’，若當(dāng)前處于非同步態(tài)，則將Oxffff作為時間戳加入數(shù)據(jù)包P， 形成回復(fù)數(shù)據(jù)包P’。步驟702、判斷上周期是否已經(jīng)確定需要更換融合監(jiān)測器，若需要更換，則將新的融合監(jiān)測器的ID加入數(shù)據(jù)包P’中，否則直接執(zhí)行下一步。步驟703、通過無線信道向自身所在微型網(wǎng)絡(luò)中的普通監(jiān)測器發(fā)送P’作為回復(fù)。融合監(jiān)測器在參數(shù)收集時段503結(jié)束后，關(guān)閉無線通信模塊、處理器模塊和傳感模塊，設(shè)置喚醒時鐘，并進(jìn)入睡眠。若在上周期已確定需要更換融合監(jiān)測器，則將自身切換為普通監(jiān)測器。以上主要是對本發(fā)明的環(huán)境監(jiān)測裝置中的監(jiān)測器的說明，環(huán)境監(jiān)測裝置除了監(jiān)測器以外，還包括有監(jiān)測基站，下面結(jié)合圖8對監(jiān)測基站的工作流程予以說明。步驟801、當(dāng)監(jiān)測基站接收到融合監(jiān)測器所發(fā)送的數(shù)據(jù)包P以后，在數(shù)據(jù)包P中加入當(dāng)前時間形成數(shù)據(jù)包P’。
步驟802、然后在無線信道上廣播P’作為收到數(shù)據(jù)包P的回復(fù)。步驟803、最后通過有線鏈路將P’轉(zhuǎn)發(fā)給外部的主控服務(wù)器。由于監(jiān)測基站屬有源設(shè)備，因此可以一直按上述工作流程工作，不必進(jìn)入睡眠狀態(tài)。主控服務(wù)器將存儲和后繼處理所收到的環(huán)境參數(shù)和預(yù)警信號，實(shí)現(xiàn)了文物展覽和儲藏的機(jī)房式遠(yuǎn)程監(jiān)控。主控服務(wù)器收到預(yù)警信號可以通過GSM短消息接口立即通知管理人員，而無論管理人員身處何處。此外，主控服務(wù)器中存儲的當(dāng)前和歷史環(huán)境參數(shù)也可供管理人員和文物保護(hù)科研人員通過互聯(lián)網(wǎng)查看分析。最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)境監(jiān)測裝置，其特征在于，包括普通監(jiān)測器(101)、融合監(jiān)測器(102)以及監(jiān)測基站(103)；其中，至少一個所述的普通監(jiān)測器(101)與一融合監(jiān)測器(102)構(gòu)成一微型網(wǎng)絡(luò)(104)；所述微型網(wǎng)絡(luò)(104)中的普通監(jiān)測器(101)對所在區(qū)域內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，將監(jiān)測結(jié)果發(fā)送到所屬微型網(wǎng)絡(luò)中的融合監(jiān)測器(10 上；所述融合監(jiān)測器(10 將所屬微型網(wǎng)絡(luò)中的所有普通監(jiān)測器(101)的監(jiān)測結(jié)果以及自身的監(jiān)測結(jié)果加以融合，然后將融合后的結(jié)果發(fā)送到所述的監(jiān)測基站(10 ；所述的監(jiān)測基站(10 負(fù)責(zé)接收、綜合各個微型網(wǎng)絡(luò)的融合后的監(jiān)測結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境監(jiān)測裝置，其特征在于，所述普通監(jiān)測器(101)包括傳感模塊001)、存儲模塊002)、控制模塊Q03)以及無線通信模塊O05)；其中，所述的傳感模塊(201)用于采集環(huán)境信息；所述的存儲模塊(202)用于存儲采集到的環(huán)境信息，所述的控制模塊(203)用于控制環(huán)境信息的采集、發(fā)送過程；所述的無線通信模塊(205)用于發(fā)送所述的環(huán)境信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的環(huán)境監(jiān)測裝置，其特征在于，所述的控制模塊(20 包括時間同步機(jī)構(gòu)與功率控制機(jī)構(gòu)；所述的時間同步機(jī)構(gòu)用于將本地時間同步為監(jiān)測基站(3)的時間，所述的功率控制機(jī)構(gòu)用于對所述無線通信模塊O05)的發(fā)射功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境監(jiān)測裝置，其特征在于，所述融合監(jiān)測器(101)包括傳感模塊001)、存儲模塊002)、控制模塊Q03)以及無線通信模塊O05)；其中，所述的傳感模塊(201)用于采集環(huán)境信息；所述的存儲模塊(202)用于存儲采集到的環(huán)境信息；所述的控制模塊(20 用于控制環(huán)境信息的采集、發(fā)送過程，并將所述普通監(jiān)測器發(fā)送的環(huán)境信息加以融合；所述的無線通信模塊(205)用于發(fā)送所述的環(huán)境信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的環(huán)境監(jiān)測裝置，其特征在于，所述的控制模塊(20 包括時間同步機(jī)構(gòu)、功率控制機(jī)構(gòu)以及數(shù)據(jù)融合機(jī)構(gòu)；所述的時間同步機(jī)構(gòu)用于將本地時間同步為監(jiān)測基站(3)的時間，所述的功率控制機(jī)構(gòu)用于對所述無線通信模塊O05)的發(fā)射功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，所述的數(shù)據(jù)融合機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)所采集參數(shù)的融合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境監(jiān)測裝置，其特征在于，在所述的微型網(wǎng)絡(luò)(104)內(nèi)，所述普通監(jiān)測器(101)中的至少一個由具有所述融合監(jiān)測器功能的監(jiān)測器實(shí)現(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的環(huán)境監(jiān)測裝置，其特征在于，在所述的微型網(wǎng)絡(luò)(104)內(nèi)， 所述的融合監(jiān)測器(102)根據(jù)需要關(guān)閉自身的數(shù)據(jù)融合功能，轉(zhuǎn)換為所述的普通監(jiān)測器 (101)，并為所屬微型網(wǎng)絡(luò)(104)內(nèi)的其他一具有所述融合監(jiān)測器功能的普通融合器(101) 打開數(shù)據(jù)融合功能，將該普通監(jiān)測器轉(zhuǎn)換為融合監(jiān)測器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種環(huán)境監(jiān)測裝置，包括普通監(jiān)測器、融合監(jiān)測器以及監(jiān)測基站；其中，至少一個所述的普通監(jiān)測器與一融合監(jiān)測器構(gòu)成一微型網(wǎng)絡(luò)；所述微型網(wǎng)絡(luò)中的普通監(jiān)測器對所在區(qū)域內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，將監(jiān)測結(jié)果發(fā)送到所屬微型網(wǎng)絡(luò)中的融合監(jiān)測器上；所述融合監(jiān)測器將所屬微型網(wǎng)絡(luò)中的所有普通監(jiān)測器的監(jiān)測結(jié)果以及自身的監(jiān)測結(jié)果加以融合，然后將融合后的結(jié)果發(fā)送到所述的監(jiān)測基站；所述的監(jiān)測基站負(fù)責(zé)接收、綜合各個微型網(wǎng)絡(luò)的融合后的監(jiān)測結(jié)果。監(jiān)測器節(jié)點(diǎn)采用自適應(yīng)方式對發(fā)射功率進(jìn)行控制以降低發(fā)射能耗，并周期性采集環(huán)境信息，采用深度睡眠技術(shù)，關(guān)閉無線通信模塊、傳感模塊及微處理器模塊，可達(dá)到較長工作壽命。
文檔編號H04W52/04GK102262814SQ20101019462
公開日2011年11月30日 申請日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者劉強(qiáng), 崔莉, 張招亮, 李棟, 祝賀, 趙澤, 陸世龍 申請人:中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所