专利名称：无线压力测量系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于压力测量技术领域，尤其是涉及一种无线压力测量系统。
背景技术：
目前，市场上出现的无线压力测量产品主要是单个的无线压力传感器或变送器， 其主要功能是单纯地由压力传感器向外发送数据，没有相关需要的网络管理功能。因而实 际使用过程中，每个接收控制端能够接入的无线传感器节点数量有限，并且极易发生并发 传输，从而造成信道堵塞或数据丢失，从而大大限制了无线压力测量产品的应用范围。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种无线 压力测量系统，其体积小、安装方便、使用简单且精度高、使用效果好、具有无线通信功能， 能有效避免由于同时发送数据产生的信道阻塞和数据丢失现象。为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是一种无线压力测量系统，其 特征在于包括分别布设在被监测区域内多个监测部位上的多个无线传感器节点和对多个 无线传感器节点进行综合管理且将多个无线传感器节点所监测数据数据上传至控制终端 的中心协调器，多个无线传感器节点与中心协调器间均通过无线通信方式进行双向通信且 共同组成一个同时对多个所述监测部位所受压力进行实时监测的无线传感器网络；所述无 线传感器节点包括压力传感器、与压力传感器相接的数据处理模块、与数据处理模块相接 且用于数据收发的无线通讯模块一以及分别为压力传感器、数据处理模块和无线通讯模块 一供电的电源管理模块，所述电源管理模块分别与压力传感器、数据处理模块和无线通讯 模块一相接；所述中心协调器包括网络管理服务器和与无线通讯模块一进行双向通信且用 于数据收发的无线通讯模块二，所述无线通讯模块二与网络管理服务器相接。还包括对多个所述无线传感器节点与中心协调器间所传输数据进行转发的路由 节点，所述路由节点为具有路由功能的无线通讯模块三，所述无线通讯模块三分别与无线 通讯模块一和无线通讯模块二间进行双向通信。所述无线通讯模块一、无线通讯模块二和所述无线通讯模块三均为Zigbee无线 通信模块。所述数据处理模块包括与压力传感器相接且对压力传感器所检测信号进行放大 处理的信号调理模块、与信号调理模块相接的A/D转换模块、与A/D转换模块相接的控制模 块以及分别与控制模块相接的数据存储模块和显示模块。所述控制模块为单片机，且所述单片机为芯片MSP430。所述中心协调器与控制终端间通过串口 RS232或RS485进行连接。本实用新型与现有技术相比具有以下优点1、结构简单、体积小且设计合理，安装布设方便，制作成本低，使用操作简便。2、灵活的组网功能，依据实际环境的不同可以组成星型网、树型网和网状网，通过分布路由节点可以大大扩展无线网络的覆盖范围。同时，系统采用2. 4GHz免费的ISM频段 Zigbee无线组网方式，使用时无须额外支付通信费。3、低功耗，接收时电流< 55mA，发射电流小于或等于70mA。系统采用间歇收发工 作模式，绝大部分时间处于休眠模式，电池的工作时间在半年以上(每5分钟更新一次数 据)。4、高稳定性，采用了 CSMA/CA防冲突机制和TDMA算法，极大的降低了并发传输的 发生概率，避免了信道的堵塞和数据的丢失。5、超远的通信距离，采用了带有功率放大的无线传输模块，理想情况下可视传输 距离最远可达1km，稳定传输距离在400米以上。6、压力检测部分即压力变送器的精度可达0. 5%以上，带有-10C-60C的温度补 偿，并且支持0-60MPa所有量程的扩散硅和陶瓷压力传感芯体。7、适用范围广，可以替代传统的有线压力监控网络，应用于煤矿、油田、供暖系统 等管道传输的压力测量。主要应用领域是针对野外或配套供电环境不便的场合，如输油，输 汽，供暖等输送能源管道等地方进行压力监测，实现信号无线远传。配合无线通讯接收模块 使用，上位机可直接使用组态实时监测采集数据。8、设计合理，在原有的无线压力传感器和协调器的基础上，加入了网络管理功能， 采用TDMA时序算法，为每个无线传感器节点设定一个时间标签，把每个数据传输周期分成 若干个时隙，每个无线传感器节点在固定的时隙内发送数据，从而避免了并发传输的发生， 大大增加了中心协调器的负载能力，提高了整个系统的稳定性。综上所述，本实用新型体积小、安装方便、使用简单且精度高、使用效果好，内嵌有 Zigbee无线通信模块且采用了 CSMA/CA防冲突机制，有效避免了由于同时发送数据产生的 信道阻塞和数据丢失现象。下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本实用新型的工作原理图。图2为本实用新型无线传感器节点的电路框图。图3为本实用新型中心协调器的工作原理图。附图标记说明1-无线传感器节点；1-1-压力传感器；1-2-数据处理模块；1-21-信号调理模块；1-22-A/D转换模块；1_23_控制模块；1-24-数据存储模块；1-25-显示模块；1_3_无线通讯模块一1-4-电源管理模块；2-中心协调器；2-1-网络管理服务器2-2-无线通讯模块二 ； 3-控制终端；4-路由节点。
具体实施方式如图1、图2及图3所示，本实用新型包括分别布设在被监测区域内多个监测部位 上的多个无线传感器节点1和对多个无线传感器节点1进行综合管理且将多个无线传感器 节点1所监测数据数据上传至控制终端3的中心协调器2，多个无线传感器节点1与中心协调器2间均通过无线通信方式进行双向通信且共同组成一个同时对多个所述监测部位所 受压力进行实时监测的无线传感器网络。所述无线传感器节点1包括压力传感器1-1、与压 力传感器1-1相接的数据处理模块1-2、与数据处理模块1-2相接且用于数据收发的无线通 讯模块一 1-3以及分别为压力传感器1-1、数据处理模块1-2和无线通讯模块一 1-3供电的 电源管理模块1-4，所述电源管理模块1-4分别与压力传感器1-1、数据处理模块1-2和无 线通讯模块一 1-3相接。所述中心协调器2包括网络管理服务器2-1和与无线通讯模块一 1-3进行双向通信且用于数据收发的无线通讯模块二 2-2，所述无线通讯模块二 2-2与网络 管理服务器2-1相接。所述网络管理服务器2-1与控制终端3相接。同时，本实用新型还包括对多个所述无线传感器节点1与中心协调器2间所传输 数据进行转发的路由节点4，所述路由节点4为具有路由功能的无线通讯模块三，所述无线 通讯模块三分别与无线通讯模块一 1-3和无线通讯模块二 2-2间进行双向通信。所述路由 节点4的数量为多个。本实施例中，所述无线通讯模块一 1-3、无线通讯模块二 2-2和所述无线通讯模块 三均为Zigbee无线通信模块，具体为基于Zigbee无线通信协议的2. 4GHz射频收发器。所述数据处理模块1-2包括与压力传感器1-1相接且对压力传感器1-1所检测信 号进行放大处理的信号调理模块1-21、与信号调理模块1-21相接的A/D转换模块1-22、与 A/D转换模块1-22相接的控制模块1-23以及分别与控制模块1_23相接的数据存储模块 1-24和显示模块1-25。所述控制模块1-23为单片机，且所述单片机为芯片MSP430。所述 中心协调器2与控制终端3间通过串口 RS232或RS485进行连接。实际使用过程中，无线传感器节点1中的压力传感器1-1在硬件上支持0-60MPa 所有量程，并采用陶瓷和扩散硅材料制作；数据处理模块1-2采用低功耗的MSP430单片机， 由单片机向压力传感器1-1提供激励电压且其片载16位A/D转换模块1-22定时采集压力 传感器1-1的输出信号，并通过滤波、线性补偿和温度补偿后得到压力数据，并且最终将压 力数据显示在显示模块1-25的LCD显示屏上，同时单片机片载异步通信模块将压力数据传 输给无线通讯模块一 1-3 ；无线通讯模块一 1-3平时处于低功耗休眠模式，当有数据需要传 输时，自动唤醒，然后将收到的压力数据发送给中心协调器2。当无线传感器节点1与中心协调器2之间的距离超出无线信号的覆盖范围时，则 需通过路由节点4进行数据转发。在建立Zigbee网络时，路由节点4必须能侦测到所有自 己能够联络到的无线传感器节点1并判断自己相应的中继深度，最终建立自侦测到的所有 无线传感器节点1至中心协调器2的通信路径。路由节点4的工作原理是如果其中一个 路由节点4发现自己周围有中心协调器2，则此路由节点4的中继深度为1 ；如果其中一个 路由节点4没有发现自己周围有中心协调器2，则开始搜索自己能够联络到的中继深度最 小(设为η)的其它路由节点4，则此路由节点4的中继深度为η+1。总之，建立无线传感器 网络时，无线传感器节点1搜索所有能够联络到的路由节点4和中心协调器2，如果没有中 心协调器2，就找寻中继深度最低的路由节点4，组成一条由无线传感器节点1到中继深度 为η的路由节点4，再由中继深度为η的路由节点4到中继深度为η_1的路由节点4，再由 中继深度为n-1的路由节点4到中继深度为n-2的路由节点4，...，由中继深度为2的路 由节点4到中继深度为1的路由节点4，再由中继深度为1的路由节点4到中心协调器2的 通信路径。[0036]中心协调器2主要功能是管理所有无线传感器节点1的工作时序、接收所有无线 传感器节点1的压力数据和通过串口 RS232或RS485等接口传输至控制终端3。实际设计 时，整个无线网络系统将依据TDMA算法为所有的控制终端3分配通信时序，具体实现方法 是为所有控制终端3设置一个统一的时间标签F，整个系统的通信周期为T，Zigbee无线通 信模块的传输速率为v，数据量为D，则两个无线传感器节点1之间的通信时间为t = vXD， 单位时隙长度为I = t+At，无线传感器节点1所对应路由节点4的中继深度为n，网络地
址为N，那么它的时隙长度为I =nXt，其所在时隙为 = N∑j=1Ij。每个通信周期内每个无线传
感器节点1都向中心协调器2通报自己的时间标签F，应当满足:F α [i-σ, + σ],如果某个 无线传感器节点1的时间标签F超出范围，则由中心协调器2发送时间命令调整它的时间属性。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根 据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍 属于本实用新型技术方案的保护范围内。
权利要求一种无线压力测量系统，其特征在于包括分别布设在被监测区域内多个监测部位上的多个无线传感器节点(1)和对多个无线传感器节点(1)进行综合管理且将多个无线传感器节点(1)所监测数据数据上传至控制终端(3)的中心协调器(2)，多个无线传感器节点(1)与中心协调器(2)间均通过无线通信方式进行双向通信且共同组成一个同时对多个所述监测部位所受压力进行实时监测的无线传感器网络；所述无线传感器节点(1)包括压力传感器(1-1)、与压力传感器(1-1)相接的数据处理模块(1-2)、与数据处理模块(1-2)相接且用于数据收发的无线通讯模块一(1-3)以及分别为压力传感器(1-1)、数据处理模块(1-2)和无线通讯模块一(1-3)供电的电源管理模块(1-4)，所述电源管理模块(1-4)分别与压力传感器(1-1)、数据处理模块(1-2)和无线通讯模块一(1-3)相接；所述中心协调器(2)包括网络管理服务器(2-1)和与无线通讯模块一(1-3)进行双向通信且用于数据收发的无线通讯模块二(2-2)，所述无线通讯模块二(2-2)与网络管理服务器(2-1)相接。
2.按照权利要求1所述的无线压力测量系统，其特征在于还包括对多个所述无线传 感器节点⑴与中心协调器⑵间所传输数据进行转发的路由节点(4)，所述路由节点(4) 为具有路由功能的无线通讯模块三，所述无线通讯模块三分别与无线通讯模块一(1-3)和 无线通讯模块二(2-2)间进行双向通信。
3.按照权利要求2所述的无线压力测量系统，其特征在于所述无线通讯模块一 (1-3)、无线通讯模块二(2-2)和所述无线通讯模块三均为Zigbee无线通信模块。
4.按照权利要求1、2或3所述的无线压力测量系统，其特征在于所述数据处理模块 (1-2)包括与压力传感器(1-1)相接且对压力传感器(1-1)所检测信号进行放大处理的信 号调理模块(1-21)、与信号调理模块(1-21)相接的A/D转换模块(1-22)、与A/D转换模块 (1-22)相接的控制模块(1-23)以及分别与控制模块(1-23)相接的数据存储模块(1_24) 和显示模块(1-25)。
5.按照权利要求4所述的无线压力测量系统，其特征在于所述控制模块(1-23)为单 片机，且所述单片机为芯片MSP430。
6.按照权利要求1、2或3所述的无线压力测量系统，其特征在于所述中心协调器(2) 与控制终端(3)间通过串口 RS232或RS485进行连接。
专利摘要本实用新型公开了一种无线压力测量系统，包括多个无线传感器节点和对多个无线传感器节点进行综合管理且将多个无线传感器节点所监测数据数据上传至控制终端的中心协调器，多个无线传感器节点与中心协调器共同组成对多个监测部位所受压力进行实时监测的无线传感器网络；无线传感器节点包括压力传感器、数据处理模块、无线通讯模块一和电源管理模块；中心协调器包括网络管理服务器和与无线通讯模块一进行双向通信的无线通讯模块二；还包括对无线传感器节点与中心协调器间传输数据进行转发的路由节点。本实用新型体积小、安装方便、使用简单且精度高、使用效果好、具有无线通信功能，能有效避免由于同时发送数据产生的信道阻塞和数据丢失现象。
文档编号G01L5/00GK201637523SQ201020155178
公开日2010年11月17日 申请日期2010年4月9日 优先权日2010年4月9日
发明者张栩, 袁永平, 谷荣祥 申请人:西安中星测控有限公司