专利名称：无线传感器及传感系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种传感器，特别是涉及一种无线传感器及一种传感系统。
背景技术：
随着科技的不断发展，目前的传感器市场已经非常繁荣，各种功能各异的传感器业已在各个领域中被广泛地使用。如图1所示，现有的传感器往往结构简单，仅具有一个单一的传感模块用于获得探测数据，在使用时只有将其与相应的应用电路电气相连之后，才能够对其获得的探测数据加以处理应用。这样的应用模式给现有传感器的使用带来了极大的局限性，在所有设置了传感器的探测节点处均需要相应地进行电气布线甚至外围设备的安装，这不但会导致使用不便，还需要耗费大量的人力物力，引起作业效率的低下，特别是当探测节点位于高危环境中时，则会导致更大的使用成本，并且还容易在作业过程中引发危险。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的传感器应用不便且使用安全性不高的缺陷，提供一种应用方便且使用安全性很高的无线传感器及一种相应的传感系统。本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的一种无线传感器，其包括一传感模块，其特点在于，该无线传感器还包括一与该传感模块相连的MCU (微处理器)；一与该MCU相连的无线通信模块；一与该传感模块、该MCU及该无线通信模块均相连的电源模块，用于向该传感模块、该MCU及该无线通信模块供电；该MCU用于通过该无线通信模块接收及处理来自外围设备的控制数据、并根据该控制数据控制该传感模块及该无线通信模块的运行，还用于接收及处理该传感模块获得的探测数据、并通过该无线通信模块发送至外围设备，还用于通过该无线通信模块接收并转发来自外围设备的探测数据和控制数据。较佳地，该传感模块包括敏感元件和转换元件，该敏感元件包括以下元件集中的一种或多种热敏元件、湿敏元件、声敏元件、光敏元件、力敏元件、磁敏元件、气敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件。较佳地，该MCU具有一个或多个总线接口。较佳地，该无线通信模块为工作于ISM频段(工业、科学研究和医用频段)的 RF (射频)无线通信模块。较佳地，该电源模块包括滤波稳压电路及LDO (低压差线性稳压器)。本发明的另一技术方案为一种传感系统，其特点在于，其包括多个上述的无线传感器以及至少一个终端设备，该些无线传感器之间以及该些无线传感器与该终端设备之间均为无线通信，该终端设备用于发送针对各个无线传感器的控制数据，各个无线传感器用于根据来自该终端设备的针对自身的控制数据运行、并将获得的探测数据发送至该终端设备。
较佳地，各个无线传感器用于从该终端设备接收针对自身的控制数据、或经过其它无线传感器的转发接收针对自身的控制数据，还用于将获得的探测数据发送至该终端设备、或经过其它无线传感器的转发发送至该终端设备，还用于接收并转发来自该终端设备的针对其它无线传感器的控制数据以及其它无线传感器获得的探测数据。本发明的积极进步效果在于本发明的该无线传感器在现有传感器的传感模块的基础之上，还增设了 MCU及无线通信模块，使得该无线传感器能够通过其无线通信模块接收来自终端的控制数据，该MCU根据该控制数据对该传感模块及该无线通信模块进行控制，利用该传感模块获得探测数据、并通过该无线通信模块将该探测数据发送至终端。这样的无线传感器在应用时不会再受到布线的限制，使用非常方便，其可以被设置在各种探测节点处进行无线作业，节省了大量的人力物力，有利于提高作业效率。更进一步地，还可以将多个这样的无线传感器与终端一起构成网络结构的传感系统，该系统中的每一个无线传感器均具有接收、发送以及转发控制数据和探测数据的功能，由终端对该些无线传感器进行统一控制，并且该些无线传感器获得的探测数据也将最终到达终端以供处理。这样的传感系统完全省去了布线负担，只需在探测区域中设置多个由上述的无线传感器构成的探测节点，操作人员便可以在终端处对各个无线传感器获得的探测数据实现全盘掌握，因此，这样的传感系统具有极为广泛的应用性，不但能够进一步地降低探测过程中所耗费的人力物力，极大地提高作业效率，还能够在对危险区域进行探测时，省去操作人员亲身操作所隐含的潜在危险，极大地提高作业安全性。
图1为现有的传感器的应用模式示意图。图2为本发明的该无线传感器的结构框图。图3为本发明的该传感系统的一实施例的示意图。
具体实施例方式下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。如图2所示，本发明的该无线传感器首先包括一基础的传感模块1，该传感模块1 公知地主要由敏感元件和转换元件构成，该敏感元件用于探测周围环境中某一特定物理现象的信息，而该转换元件则用于将探测获得的该信息按照一定的规律转换成电信号，以便后续的模块对该电信号进行处理。其中，该敏感元件可以为以下元件集中的一种或多种热敏元件、湿敏元件、声敏元件、光敏元件、力敏元件、磁敏元件、气敏元件、放射线敏感元件、 色敏元件和味敏元件，以分别对以下物理现象的信息进行探测温度、湿度、噪声、光强度、 压力、磁场强度、烟雾浓度、煤气(天然气)浓度、火焰、移动物体的大小、速度和方向等等， 上述的各种敏感元件可以直接采用霍尼韦尔、欧姆龙、贺力氏、博世、飞思卡尔、ADI等公司的成熟产品。除了该传感模块1之外，本发明的该无线传感器还包括有一与该传感模块1相连的MCU 2，该MCU 2为该无线传感器的中枢控制模块，其内置有高速的处理器内核，并拥有充足的闪存空间，其控制功能将在下文中进行说明；一与该MCU 2相连的无线通信模块3， 该无线通信模块3可以采用一工作在免费的ISM频段的RF无线通信模块实现，该无线通信
4模块3 —方面能够与该MCU 2进行内部的数据交互，另一方面还能够与外围设备进行无线通信，此处所谓的外围设备既可以为其它的无线传感器，也可以为终端设备，例如一电脑； 一与该传感模块1、该MCU 2及该无线通信模块3均相连的电源模块4，该电源模块4用于向该传感模块1、该MCU 2及该无线通信模块3供电，该电源模块4 一般可以包括滤波稳压电路部分以及电压转换电路部分，由于高性能、低功耗的MCU及RF无线通信模块中的RF芯片对供电的要求比较高，特别是对输入电压调节率(Line Regulation)的要求比较高，因此较佳地采用LDO作为电压转换电路来转换该无线传感器的各个模块所需的工作电压，另外，通常采用微型电池向该滤波稳压电路以及该电压转换电路供电。在该无线传感器仅与一个外围设备进行直接通信的工作状态下，该MCU通过该无线通信模块接收及处理来自该外围设备的控制数据，并根据该控制数据对该传感模块及该无线通信模块的运行进行控制，同时，该MCU还接收及处理该传感模块获得的探测数据，然后通过该无线通信模块将经过处理的该探测数据发送至该外围设备。然而，当整个通信网络中不仅仅包括正在进行上述直接通信的该无线传感器和该外围设备，还包括有一个或多个其它的外围设备时，上述的该无线传感器还可以为其它的外围设备起到数据传递节点的作用，例如，该MCU可以通过该无线通信模块从一个其它的外围设备处接收探测数据和控制数据，并再次将该些探测数据和控制数据转发至另一个其它的外围设备。另外，该MCU还可以具有丰富的外围总线接口，例如URAT(通用异步收发接口)、 IICdNTER-IC串行总线接口)、SPI(串行外围接口)等接口，从而操作人员仅需进行简单的配置，便可以将该MCU与其它的外接设备连接以实现通信。由于上述的外围设备既可以是其它的无线传感器，也可以是终端设备，因此，显然可以将多个本发明的该无线传感器与至少一个终端设备相结合以建立起一个传感系统。终端设备作为整个传感系统的统一控制端以及最终的探测结果处理端。操作人员在终端设备处生成针对各个无线传感器的控制数据，然后终端设备以无线通信的方式将该些控制数据向外发送。距离该终端设备较近的那些无线传感器将直接通过其无线通信模块从该终端设备接收与其自身相匹配的控制数据，而距离该终端设备较远的那些无线传感器则无法直接接收到来自该终端设备的与其自身相匹配的控制数据，该些控制数据将经过多个无线传感器的转发后才能够最终到达相匹配的无线传感器，由此，每个该无线传感器都能够根据接收到的控制数据在该终端设备的统一控制之下有条不紊、相互协作地运行。上述的控制数据中将含有对各个无线传感器的软件配置信息，从而便可以根据不同的具体应用环境对各个无线传感器所执行的主要功能进行控制。例如，如图2中的实线箭头构成的网络结构所示，根据各个无线传感器的设置地点的不同，该终端设备D会通过控制数据将它们划分为传感节点(包括传感节点A和传感节点B)以及汇聚节点C这几种功能类型。位于探测区域内部或附近的无线传感器将被设置为传感节点，并以自组织的方式构成网络体系，即，大部分的传感节点将自动成为传感节点A，仅用于获得自身所在处的探测数据、并将该些探测数据向外发送，而其余的少量传感节点则将自动成为传感节点B，不仅用于获得自身所在处的探测数据，还用于接收来自传感节点A的探测数据，继而再将传感节点A和B所获得的全部探测数据一同进一步地向外转发至汇聚节点C。汇聚节点C一般已经处于探测区域之外了，它们仅用于接收来自传感节点B的、但是是由全部的传感节点探测获得的探测数据，并将该些探测数据全部转发至该终端设备D处进行集中处理。图2中的实线箭头构成的网络结构仅为本发明的该传感系统的一种网络组织方式，根据探测区域的分布范围、无线传感器的设置地点、终端设备的安置地点，该传感系统可以具有各种不同的网络组织方式，例如图2中的虚线箭头则展示出了另一种可选的网络组织方式下部分无线传感器之间的通信关系。在各种不同的网络结构中，每个无线传感器所担任的功能类型也可能会发生变化，例如在某种网络结构中，一无线传感器担任着一个传感节点A的角色， 而在另一种网络结构中，该无线传感器则可能会在终端设备D的控制之下成为一个传感节点B或者一个汇聚节点C，但是无论具体的网络组织方式如何，各个传感节点获得的探测数据都将以无线通信的方式向外传输，并直接地，或者是经过多个节点的多跳后，到达该具体网络结构中的那些汇聚节点C，并最终到达终端设备D，以供操作人员在终端设备D处对该些探测数据进行统一的分析处理，并根据分析处理的结果对针对各个无线传感器的控制数据进行调整，或是根据该结果再继续执行其它的后续操作。上述的该MCU及终端设备的各种功能均可以利用现有的硬件条件并结合现有的编程手段加以实现，故在此对其实现过程不做赘述。本发明的该无线传感器以及该传感系统可以应用在交通、家居、商业娱乐等各种场合，例如，对家庭中的电表及水表上的读数进行远程抄报，或者对交通路段的路况进行远程监测等等，能够节省大量的人力物力，极大地提高作业效率。更进一步地，该传感系统还可以用于较为特殊的探测环境中，例如煤气管道中、海洋中等等，普通工作人员一般难以在这些探测环境中进行长时间的监测，而在采用了本发明的该无线传感器之后，可以通过软件配置的方式使其在探测区域中组织成为强大的传感网络，而操作人员在终端设备处便可以方便迅速地接收到全部探测节点处获得的实时探测数据，由此，不但节省了大量的人力物力，还极大地提高了探测过程中的作业安全性。虽然以上描述了本发明的具体实施方式
，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种无线传感器，其包括一传感模块，其特征在于，该无线传感器还包括一与该传感模块相连的MCU ；一与该MCU相连的无线通信模块；一与该传感模块、该MCU及该无线通信模块均相连的电源模块，用于向该传感模块、该 MCU及该无线通信模块供电；该MCU用于通过该无线通信模块接收及处理来自外围设备的控制数据、并根据该控制数据控制该传感模块及该无线通信模块的运行，还用于接收及处理该传感模块获得的探测数据、并通过该无线通信模块发送至外围设备，还用于通过该无线通信模块接收并转发来自外围设备的探测数据和控制数据。
2.如权利要求1所述的无线传感器，其特征在于，该传感模块包括敏感元件和转换元件，该敏感元件包括以下元件集中的一种或多种热敏元件、湿敏元件、声敏元件、光敏元件、力敏元件、磁敏元件、气敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件。
3.如权利要求1所述的无线传感器，其特征在于，该MCU具有一个或多个总线接口。
4.如权利要求1所述的无线传感器，其特征在于，该无线通信模块为工作于ISM频段的 RF无线通信模块。
5.如权利要求1所述的无线传感器，其特征在于，该电源模块包括滤波稳压电路及LDO。
6.一种传感系统，其特征在于，其包括多个权利要求1所述的无线传感器以及至少一个终端设备，该些无线传感器之间以及该些无线传感器与该终端设备之间均为无线通信， 该终端设备用于发送针对各个无线传感器的控制数据，各个无线传感器用于根据来自该终端设备的针对自身的控制数据运行、并将获得的探测数据发送至该终端设备。
7.如权利要求6所述的传感系统，其特征在于，各个无线传感器用于从该终端设备接收针对自身的控制数据、或经过其它无线传感器的转发接收针对自身的控制数据，还用于将获得的探测数据发送至该终端设备、或经过其它无线传感器的转发发送至该终端设备， 还用于接收并转发来自该终端设备的针对其它无线传感器的控制数据以及其它无线传感器获得的探测数据。
全文摘要
本发明公开了一种无线传感器，其包括一传感模块，该无线传感器还包括一与该传感模块相连的MCU；一与该MCU相连的无线通信模块；一与该传感模块、该MCU及该无线通信模块均相连的电源模块，用于向该传感模块、该MCU及该无线通信模块供电。本发明还公开了一种包括多个上述无线传感器以及至少一个终端设备的传感系统。本发明能够极大地节省作业所需的人力物力，极大地提高作业效率，并且还能够极大地提高作业安全性。
文档编号H04W84/18GK102252711SQ20101018232
公开日2011年11月23日 申请日期2010年5月21日 优先权日2010年5月21日
发明者谭群辉 申请人:沈阳新邮通信设备有限公司