专利名称：基于无线传感器网络的低功耗粮情测控系统的制作方法
技术领域：
基于无线传感器网络的低功耗粮情测控系统
技术领域：
本实用新型涉及无线网络应用设备，特别是一种用于粮食仓储的基于无线传感器网络的低功耗粮情测控系统。
背景技术：
俗话说“民以食为天”，即使在高新技术发展的今天，人们的生存也离不开粮食， 它关系到社会的发展和人民生活的安定。但是在水分高、气温也较高时，粮食10余天就会发霉，若不及时处理，粮食就霉坏变质，轻则造成经济损失，重则人命关天。粮食在储存过程中，粮情(温度、湿度、水分、害虫等)的变化，直接影响到粮食品质的好坏。粮情测控系统已在粮库中普遍采用，特别是新建粮库，其温湿度监测、通风机自动控制等技术发展的比较成熟。虽在功能上基本能达到要求，然而目前绝大部分的系统都采用有线的方式，整个测控网络铺设起来非常繁琐，网络结构也不太灵活，导致其扩展性非常差，有很多不足和需要改进之处。另外有一小部分采用了无线的方式，然而在实际中由于无线传输的不可靠性，需要经常重发数据包，增加了大量的功耗，导致电池寿命的缩短，需要经常更换电池。无线传感网络的粮情测控系统集成了粮仓内粮食的温度、湿度、虫害等信息的采集、数据处理和无线通信等多种功能，实际应用中，电磁波在传输过程中由于温度、湿度、噪音等环境因素的影响，使得无线传感网络节点在通信过程中常发生错误，造成物理链路的不可靠。通常解决这一问题的最简单途径是数据重传，既若数据发送出错，采用重新发送的方法。由于传感器网络节点传输1比特数据所消耗的能量相当于执行3000条指令的能耗， 通信所需能量远大于计算所开销的能量。此方法对于采用电池供电的传感网络来说，耗能较大将缩短其网络的生命周期。因此，在保障网络端到端可靠性时要尽量减少通信传输的能量开销，延长电池供电的时间。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种基于无线传感器网络的低功耗粮情测控系统，克服现有粮情测控系统在功耗方面的不足，减少重传次数以减少传输功耗来达到降低电池耗电的目的。本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的一种基于无线传感器网络的低功耗粮情测控系统，包括远程微机、主控网络、无线路由、分控网络、标准接口、传感器节占.
I— /、、、 所述分控网络包括复数个分控节点；所述传感节点通过标准接口连接到对应的分控节点；所述主控网络包括复数台主机，各主机的一端通过USB接口与一台计算机相连， 并通过无线路由与各分控节点通讯；[0011]所述主控网络的计算机通过互联网连接到远程微机。所述传感节点夹杂在粮食中间，所述分控节点在每个粮仓配备一个，本粮仓内所有的传感节点均通过标准接口连接到本粮仓的分控节点，所述主控网络放在微机室或总控室内。所述传感节点包含温度传感器、湿度传感器、水分传感器、粮虫传感器。所述远程微机是计算机或者笔记本电脑，或者是手机，或者是掌上电脑。所述每个传感节点均包括作为电源的电池、单片机、射频模块和传感器，电池连接到单片机、射频模块和传感器，射频模块和传感器均连接到单片机，所述每个传感器节点通过的射频模块连接到标准接口。所述每个分控节点包括电池、控制接口、CEBM编码芯片、海明码编码芯片、射频模块，电池连接到控制接口、CEBM编码芯片、海明码编码芯片，以及射频模块，所述控制接口、 CEBM编码芯片、海明码编码芯片，以及射频模块依序连接，所述标准接口连接到分控节点的控制接口，每个分控节点的射频模块连接到无线路由。所述CEBM编码芯片和海明码编码芯片都集成在FPGA芯片中。本实用新型的优点在于1、低功耗。采用FPGA芯片，该芯片使用了自主知识产权的偶数位标记编码(CEBM) 的编码压缩方法与海明码自动纠错编码的方法来实现减少无线传感网络的粮情测控系统传输的数据量和重传数据次数，降低了传输功耗。2、解码电路开销小。编码时采用偶数位标记编码(CEBM)，由于该编码协议简单，还原原始代码时，其需要的硬件电路开销小。3、电池供电，彻底解决雷击。本系统仅采用普通1. 5V干电池供电，超低功耗，彻底摆脱雷击困扰，防止由于故障设备造成的系统整体瘫痪。4、远程监测，无需人工值守。用户可以在地球上的任何地方，利用手机短信方式或通过互联网，对粮情实施远程实时检测和数据查询。同时，可实现数据自动巡回采集，无需人工操作。5、无线传输，低成本易安装。本系统结构简单，系统安装无须改造仓库，安装位置不受电源的限制，可以安放在最佳的可视角度和位置，仓内布线简洁美观；433HZ公共频段无需专门申请，库区内测温不产生通讯费用。6、整体封装，防止熏蒸腐蚀。数据采集系统一次性整体封装，无任何接口，彻底解决仓内粮食熏蒸对线路造成的腐蚀损伤。诊断器全密封装配，延长使用寿命。
图1是本实用新型的结构示意图。图2是本实用新型的传感节点结构图。图3是本实用新型的分控节点结构图。图4是粮情数据定时主动采集过程。图5是数据被动采集和系统主动控制的流程。
具体实施方式[0030]下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。如图1所示，从总体上说，本实用新型基于无线传感器网络的低功耗粮情测控系统包括数据采集部分、数据编码和传输部分、数据分析部分等三部分组成。具体包括远程微机、主控网络、无线路由、分控网络、标准接口、传感器节点，他们共同构成整个粮库监控的局域网。传感节点是命名最多的节点，在粮食入仓的过程中夹杂在粮食中间，传感节点主要包含温度传感器、湿度传感器、水分传感器、粮虫传感器等。温度传感器、湿度传感器、粮虫传感器、水分传感器，按一定规律密布在粮食的内部，负责采集粮情参数，如温度、温度和水分等，并把数据传送给本粮仓的分控节点。分控节点是每个粮仓标配的节点，这个节点是固定的，每个粮仓配备一个分控节点，主要用来完成测控系统的主动执行功能，代表了本粮仓的编号，一般放置在贴近本粮仓的外部。本粮仓内所有的传感节点均通过标准接口连接到本粮仓的分控节点，分控节点既汇聚本粮仓的粮情数据，又完成主控网络交给的控制功能。根据主控网络传回的分析结果， 控制通风和冷却设备的运转。另外，还负责收集本仓所有传感节点采回的数据，并将数据编码后传给主控网络。主控网络是用来接收粮情数据，发出指令让仓库进行某种操作等，放在微机室或总控室内，包括复数台主机，各主机的一端通过USB接口与计算机相连，并通过433HZ无线路由与现场各分控节点通讯。计算机可以是单台微机，也可以是粮库计算机局域网上的某一台微机，这样既可以在直接与检测设备相连的微机上，也可以在粮库计算机局域网上的某台微机上操作使用粮情检测设备。远程微机，远离粮站，可以是某台计算机，也可以是粮站管理人员随身携带笔记本，也可以是手机可掌上电脑等。管理员可以在地球上的任何地方，利用手机短信方式或通过互联网，对粮情实施远程实时检测和数据查询。同时，可实现数据自动巡回采集，无需人工操作。图2是本实用新型的传感节点结构图。每个传感节点均包括作为电源的电池、单片机、射频模块和传感器，电池连接到单片机、射频模块和传感器，射频模块和传感器均连接到单片机。所述每个传感器节点通过的射频模块连接到标准接口。图3是本实用新型的分控节点结构图。每个分控节点包括电池、控制接口、CEBM 编码芯片、海明码编码芯片、射频模块，电池连接到控制接口、CEBM编码芯片、海明码编码芯片，以及射频模块，所述控制接口、CEBM编码芯片、海明码编码芯片，以及射频模块依序连接，所述标准接口连接到分控节点的控制接口。每个分控节点的射频模块连接到无线路由。 所述CEBM编码芯片和海明码编码芯片都集成在自主研发的基于偶数位标记编码的FPGA芯片中。图4是粮情数据定时主动采集过程首先，每个粮仓内的传感节点定期地测得所处空间的粮情参数；无线路由给分控节点分控节点将其进行CEBM编码后得到压缩的数据， 再将这些数据进行海明码编码得到自动纠错码；再传输出主控网络，由主控网络处理。图5是数据被动采集和系统主动控制的流程首先，远程微机通过互联网把数据发给的主控网络；然后，主控网络以无线或有限的方式把数据广播给所有的分控节点；最后，由各个粮仓的分控节点判断数据是否发给本粮仓。如果是，则分析数据的内容并执行相应的操作；否则，丢弃此次接收的数据。
权利要求1.一种基于无线传感器网络的低功耗粮情测控系统，其特征在于包括远程微机、主控网络、无线路由、分控网络、标准接口、传感器节点；所述分控网络包括复数个分控节点， 所述传感节点通过标准接口连接到对应的分控节点；所述主控网络包括复数台主机，各主机的一端通过USB接口与一台计算机相连，并通过无线路由与各分控节点通讯；所述主控网络的计算机通过互联网连接到远程微机。
2.如权利要求1所述的基于无线传感器网络的低功耗粮情测控系统，其特征在于所述传感节点夹杂在粮食中间，所述分控节点在每个粮仓配备一个，本粮仓内所有的传感节点均通过标准接口连接到本粮仓的分控节点，所述主控网络放在微机室或总控室内。
3.如权利要求1或2所述的基于无线传感器网络的低功耗粮情测控系统，其特征在于 所述传感节点包含温度传感器、湿度传感器、水分传感器、粮虫传感器。
4.如权利要求1所述的基于无线传感器网络的低功耗粮情测控系统，其特征在于所述远程微机是计算机或者笔记本电脑，或者是手机，或者是掌上电脑。
5.如权利要求1或2所述的基于无线传感器网络的低功耗粮情测控系统，其特征在于所述每个传感节点均包括作为电源的电池、单片机、射频模块和传感器，电池连接到单片机、射频模块和传感器，射频模块和传感器均连接到单片机，所述每个传感器节点通过的射频模块连接到标准接口。
6.如权利要求1或2所述的基于无线传感器网络的低功耗粮情测控系统，其特征在于 所述每个分控节点包括电池、控制接口、CEBM编码芯片、海明码编码芯片、射频模块，电池连接到控制接口、CEBM编码芯片、海明码编码芯片，以及射频模块，所述控制接口、CEBM编码芯片、海明码编码芯片，以及射频模块依序连接，所述标准接口连接到分控节点的控制接口，每个分控节点的射频模块连接到无线路由。
7.如权利要求6所述的基于无线传感器网络的低功耗粮情测控系统，其特征在于所述CEBM编码芯片和海明码编码芯片都集成在FPGA芯片中。
专利摘要本实用新型公开了一种基于无线传感器网络的低功耗粮情测控系统，包括远程微机、主控网络、无线路由、分控网络、标准接口、传感器节点；所述分控网络包括复数个分控节点，每个分控节点采用自主研发的基于偶数位标记编码的FPGA芯片；所述传感节点通过标准接口连接到对应的分控节点；所述主控网络包括数台主机，各主机的一端通过USB接口与一台计算机相连，并通过无线路由与各分控节点通讯；所述主控网络的计算机通过互联网连接到远程微机。本实用新型的优点在于低功耗、解码电路开销小、电池供电、远程监测、无线传输、低成本易安装。
文档编号H04W52/48GK202068580SQ201120112320
公开日2011年12月7日 申请日期2011年4月15日 优先权日2011年4月15日
发明者周健, 孙秀芳, 方晓珍, 查怀志, 詹文法, 韩建华 申请人:韩建华