一种基于无线传感网络的微环境气象参数采集系统及实现方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电子通信领域，涉及一种微环境气象参数采集的系统与方法。
【背景技术】
[0002]数据采集技术和无线组网技术在信息技术应用领域占有重要地位。而微环境气象参数通过传感网络互联就是使用数据采集技术和无线组网技术的一种典型应用。目前人们日益关心自己居住或办公环境等特定场所环境的气象参数(如温度，湿度，Pm2.5浓度，光污染程度)。
[0003]目前微环境气象参数测量还是以单点测量为主。如楼宇等办公场所，仅停留在单点测量和实时数据显示，无法提供多个房间间甚至或多层房间的综合气象参数测量的实时数据，和历史数据检索。无法为安居提供第一手的参考数据。
【发明内容】
[0004]本发明提出一种基于无线传感网络的微环境气象参数采集系统及实现方法。所述系统可实现微环境气象参数采集、存储和数据检索。利用本发明提供的系统和网络组建方法，不受环境限制，方便安装并可以灵活地组建网络结构，实现微环境气象参数的采集。
[0005]为实现上述目的，本发明采取如下技术方案。
[0006]—种基于无线传感网络的微环境气象参数采集系统，其特征在于，包括:微环境气象参数采集节点设备，嵌入式无线传感网络网关设备，云端气象参数数据服务器；
[0007]其中微环境气象参数采集节点设备用于包括对温度、湿度、气体成分和颗粒物浓度的定时采集和汇总;通过无线传感网络将数据上传到本系统的无线传感网络网关;微环境气象参数采集节点设备包括传感器、CPU、存储器、数字滤波器、人机交互按键和无线组网模块；，其中存储器用于存储器程序、配置参数及测量结果数据;数字滤波器用于滤除测量信号中的噪声;无线组网模块完成微环境下以无线方式自动组建传感网络并完成数据的传递；
[0008]嵌入式无线传感网络网关设备，通过无线传感网络将多个微环境气象参数采集节点设备采集到的气象参数据汇总和完成本地存储，借助GPRS模块将数据定时上传到云端气象参数数据服务器;云端气象参数数据服务器:完成数据的汇总和存储，提供数据检索和数据分析结果的显示。
[0009]利用所述系统对微环境气象参数采集的方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0010]步骤I，组建传感网络，设置网络参数；
[0011]步骤2，通过嵌入式无线传感网络网关设备检测入网的节点数量；；
[0012]步骤3，微环境气象参数采集节点设备采集环境参数；
[0013]步骤4，通过嵌入式无线传感网络网关设备汇总节点数据，并上传到云端服务器；
[0014]步骤5，云端服务器完成数据的汇总、处理和存储。
[0015]客户端通过APP或者浏览器检索实时和历史气象参数数据。
[0016]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0017]1.灵活方便的组网结构。以短距离组网方式完成微环境的组网，以物联网云平台介入到互联网。
[0018]2方便的数据检索方法。使用移动终端以APP或浏览器方式，可以通过直观的图形显示或数据库检索方式，实时数据显示，检索历史数据，为出行和安居提供气象数据的参考依据。
【附图说明】
[0019]图1为本发明所述系统的组成框图；
[0020]图2为本发明实施用例采用的嵌入式数据采集节点组成框图；
[0021]图3为本发明实施用例采用的嵌入式短距离无线传感网关组成框图；
【具体实施方式】
[0022]下面根据附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0023]本发明所述系统的结构如图1所示，包括:嵌入式数据采集节点I，短距离无线传感网关2，云端服务器模块3，移动终端显示器4。其中，
[0024]数据采集节点1:用于完成数据采集，自动组网，通过所组建的无线传感网络将数据传输到短距离无线传感网关2，用于原始气象参数数据的汇总。本实施例的数据采集节点I采用嵌入式结构，组成如图2所示，由单片机最小系统11、传感器模块12、1/0接口模块13、无线传感网络单元模块14、本地通信接口 15等组成。单片机最小系统11选用Cortex系列CPU及其附属最小工作系统，如STM32。传感器模块12用于采集气象参数，并将其转换为数字量，传递给嵌入式最小系统11。I/O接口模块13用于外接按键和指示灯，完成本地的设置和状态指示。无线传感网络单元模块14用于组建无线传感网络，可以选择ZigBee通信模块，来实现自组网功能。本地通信接口 15用于本地的管理，如程序下载，自检和状态查询显示。
[0025]短距离无线传感网关2:与数据采集节点I的无线传感网络单元模块组建传感网络，通过网络接收节点所采集到的气象参数数据。完成数据的存储和本地的人机交互功能。借助无线通信模块将数据定时上传到云端气象参数数据服务器。本实施例的控制模块I采用嵌入式结构，组成如图3所示，由嵌入式CPU21、人机交互接口模块22、存储器23、无线传感网络单元模块24、显示单元25、GP10复用接口 26、无线传输单元模块27等组成。嵌入式CPU21选用ARM系列CPU，如S5pv210。存储器23用于存储器程序、配置参数及测量结果数据。无线传输单元模块27完成数据上传的到云端服务器模块，可选用W1-Fi通信模块。
[0026]利用所述系统对微环境气象参数采集的方法包括以下步骤:
[0027]步骤I，配置本发明所述系统的数据采集节点。
[0028]步骤1.1，依据测量环境参数(温度，湿度，颗粒浓度，光照，风速，风向，大气压强等)，选择对应传感器模块12，连接到单片机最小系统11。
[0029]步骤1.2，配置传感网络参数:接通数据采集节点I电源，使用I/O接口模块13外置按键设置数据采集节点I的传感网络工作频段和数据采集时间间隔。
[0030]步骤1.3，接通数据采集节点I电源，使用I/O接口模块13外置按键启动自检功能，当使用I/O接口模块13外接自检状态指示灯亮起时表示自检通过。自检通过后，数据采集节点I进入自动组网模式，等待短距离无线传感网关2发出的组网命令，加入本地无线传感网络。
[0031]步骤2，配置本发明所述系统的短距离无线传感网关。
[0032]步骤2.1，配置传感网络参数:短距离无线传感网关2，人机交互接口模块22外置按键设置传感网络工作频段和数据采集时间间隔。
[0033]步骤2.2，接通短距离无线传感网关2电源，人机交互接口模块22外置按键启动自检功能，当人机交互接口模块22外接自检状态指示灯亮起时表示自检通过。自检通过后，短距离无线传感网关2发出的组网命令，发现并将本地数据采集节点加入无线传感网络。
[0034]步骤2.3，使用人机交互接口模块22外置按键配合显示单元25，显示当前所有已经加入到无线传感网络的数据采集节点I的状态信息。依据显示内容调整数据采集节点I的传感器模块12和数据采集节点I的安装位置，确保无线传感网络内的数据采集节点可以正常工作和能够正常加入到无线传感网络。
[0035]骤2.4，接通短距离无线传感网关2电源，使用人机交互接口模块22外置按键配合显示单元25，显示无线传输模块27的状态信息。依据显示内容配置无线传输模块27网络信息以及本地通信速率，确保无线传输模块27能够加入到云端服务器模块3，并且可以实现正常数据传输。
[0036]步骤3，配置本发明所述系统的云端服务器。
[0037]步骤3.1，选择云端服务器:云端服务器3可以选择目前较为流行的通用平台(如YeeLink物联网云平台，乐联网公共平台物联网平台)或自行设计云平台。
[0038]步骤3.2，配置无线网络参数:配置传感网络参数，使得云端服务器3可以正常工作。
[0039]步骤3.3，配置云端服务器:
[0040]步骤3.3.1，分配配置云端服务器资源，将多个短距离无线传感网关2接入到云端服务器3。依据接入情况，调整短距离无线传感网关2的安装位置，确保所有短距离无线传感网关2接入到云端服务器2。
[0041 ]步骤3.3.2，设置云端服务器数据格式。依据数据类型，设置云端服务器3采集到的环境参数数据显示格式可以是数值，图表等格式。
[0042]步骤4，无线传感网络的微环境气象参数采集系统使用流程。
[0043]步骤4.1，启动无线传感网络的微环境气象参数采集系统，使之正常工作。
[0044]步骤4.2，使用移动终端4，通过浏览器或自行设计的APP，访问云端服务器3，完成对微环境气象参数数据的浏览和历史数据的检索。
【主权项】
1.一种基于无线传感网络的微环境气象参数采集系统，其特征在于，包括:微环境气象参数采集节点设备，嵌入式无线传感网络网关设备，云端气象参数数据服务器； 其中微环境气象参数采集节点设备用于包括对温度、湿度、气体成分和颗粒物浓度的定时采集和汇总;通过无线传感网络将数据上传到本系统的无线传感网络网关;微环境气象参数采集节点设备包括传感器、CPU、存储器、数字滤波器、人机交互按键和无线组网模块；，其中存储器用于存储器程序、配置参数及测量结果数据;数字滤波器用于滤除测量信号中的噪声；无线组网模块完成微环境下以无线方式自动组建传感网络并完成数据的传递； 嵌入式无线传感网络网关设备，通过无线传感网络将多个微环境气象参数采集节点设备采集到的气象参数据汇总和完成本地存储，借助GPRS模块将数据定时上传到云端气象参数数据服务器;云端气象参数数据服务器:完成数据的汇总和存储，提供数据检索和数据分析结果的显示。2.利用如权利要求1所述系统对微环境气象参数采集的方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤I，组建传感网络，设置网络参数； 步骤2，通过嵌入式无线传感网络网关设备检测入网的节点数量；； 步骤3，微环境气象参数采集节点设备采集环境参数； 步骤4，通过嵌入式无线传感网络网关设备汇总节点数据，并上传到云端服务器； 步骤5，云端服务器完成数据的汇总、处理和存储。
【专利摘要】一种基于无线传感网络的微环境气象参数采集系统及实现方法属于电子通信领域。其特征在于，包括：微环境气象参数采集节点设备，嵌入式无线传感网络网关设备，云端气象参数数据服务器；其中微环境气象参数采集节点设备用于包括对温度、湿度、气体成分和颗粒物浓度的定时采集和汇总；通过无线传感网络将数据上传到本系统的无线传感网络网关；网关借助GPRS模块将数据定时上传到云端气象参数数据服务器；云端气象参数数据服务器：完成数据的汇总和存储，提供数据检索和数据分析结果的显示。
【IPC分类】H04W4/00, G01W1/02
【公开号】CN105607152
【申请号】CN201610029633
【发明人】姜余祥, 杨萍, 田景文, 张熙峰, 焦孟科, 章红健
【申请人】北京联合大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年1月18日