专利名称：一种基于无线传感网络的实时水文监测传输系统及方法
技术领域：
本发明涉及属于水下监测方法，具体涉及一种基于无线传感网络的实时水文监测传输系统及方法。
背景技术：
伴随经济的高速发展、工业化程度的迅猛提高，为生活带来诸多便利的同时，污水和气体排放给环境带来了负面影响。特别是内河和近海因为离陆地较近，受影响最为严重，并且水域环境和大气环境的污染将在未来数十之上百年内对全球生态系统和气候系统产生影响。另外，内河及近海的自然灾害随时威胁着沿岸的生产和生活。目前，对于水下环境信息的检测手段主要包括1)卫星遥感；2)雷达监测；3)海洋调查船；3)固定式海洋监测站等。除了这些传统观测手段，随着海底观测网、水下运载器技 术的进步，人类可以更加贴近海底获得高识别度的观测数据。可以说对于海洋的监测在朝着“卫星-陆地-海面-水下”的立体化发展，而监测项目也朝着“多元化”发展。然而，由于河道、近海收人类生活、生产影响，时间空间复杂多变，仅依靠这些定期、定点的观测密度是无法满足需求的。对于严重污染事件或自然灾害不能及时预警将造成严重的紧急损失甚至人员伤亡。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于无线传感网络的实时水文监测传输系统及方法。一种基于无线传感网络的实时水文监测传输系统包括多个普通节点和中枢节点，所述的普通节点包括GPS天线、太阳能帆板、太阳能电池板控制器、蓄电池、测控模块、ZigBee无线通讯模块、浮漂和缆绳；所述的太阳能帆板与太阳能电池板控制器电源输入端连接，太阳能电池板控制器的电源输出端与测控模块的电源输入端连接，太阳能电池板控制器另接一个蓄电池，测控模块与ZigBee无线通讯模块信号连接，所述的测控单元上设有多个传感器接收端口 ；所述的太阳能帆板设置在浮漂上端，太阳能帆板、太阳能电池板控制器、蓄电池、测控单元、无线通讯模块设置在浮漂内，浮漂通过缆绳固定连接到海底。所述的中枢节点包括普通节点和GPRS模块，其中普通节点上测控单元与GPRS模块信号连接。一种基于无线传感网络的实时水文监测传输方法将输入的模拟信号，通过测控模块中的调理电路处理后(滤波、放大、限幅，电平转换)变成适合采集的信号。测控模块按照确定的采样周期采集数据，与通过串口进来的数字传感器信号融合后，保存后选择最优路径发送信息，如发送失败按照再发送、选择次优路径发送、等待再发送的顺序执行发送任务直至成功后返回下一个采集、发送循环，当最终数据无法发送则记录错误信息并开始下一个新周期发送循环。当出现节点位置移动、电池电压过低、漏水以及自身电路故障的情况时，发送报警信息。所述的发送报警信息方法根据测量值与阈值的对比结果划分传感器的报警等级，并重组多个传感器报警等级信息，计算不同节点的报警等级。按照优先级别先后自中枢节点至陆地终端发送信息。在数据发送之前保存数据，通过终端发送调用命令或节点外置输出端口传出或从节点内提取的办法得到该数据。节点周边输入拓扑结构，以便节点根据已知的拓扑结构计算最优、次优路线作为发送路径的备选。有益效果本发明低成本低，具备功耗低、集成度高、通讯成本低、可长期连续使用、自动化程度高、数据不客串该、无二次污染等特点。
图1是基于传感器网络的实时水下信息监测系统示意图。图2是传感器节点构成图。图3是数据采集与回传流程图。图4报警级别计算方法。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施作进一步详细描述。如图1、图2所示，一种基于无线传感网络的实时水文监测传输系统包括多个普通节点和中枢节点，所述的普通节点包括GPS天线、太阳能帆板、太阳能电池板控制器、蓄电池、测控模块、ZigBee无线通讯模块、浮漂和缆绳；所述的太阳能帆板与太阳能电池板控制器电源输入端连接，太阳能电池板控制器的电源输出端与测控模块的电源输入端连接，太阳能电池板控制器另接一个蓄电池，测控模块与ZigBee无线通讯模块信号连接，所述的测控单元上设有多个传感器接收端口 ；所述的太阳能帆板设置在浮漂上端，太阳能帆板、太阳能电池板控制器、蓄电池、测控单元、无线通讯模块设置在浮漂内，浮漂通过缆绳固定连接到海底。所述的中枢节点包括普通节点和GPRS模块，其中普通节点上测控单元与GPRS模块信号连接。如图3所示，一种基于无线传感网络的实时水文监测传输方法将输入的模拟信号，通过测控模块中的调理电路处理后(滤波、放大、限幅，电平转换)变成适合采集的信号。测控模块按照确定的采样周期采集数据，与通过串口进来的数字传感器信号融合后，保存后选择最优路径发送信息，如发送失败按照再发送、选择次优路径发送、等待再发送的顺序执行发送任务直至成功后返回下一个采集、发送循环，当最终数据无法发送则记录错误信息并开始下一个新周期发送循环。在数据发送之前保存数据，通过终端发送调用命令或节点外置输出端口传出或从节点内提取的办法得到该数据。输入节点周边的拓扑结构，以便节点根据已知的拓扑结构计算最优、次优路线作为发送路径的备选。当出现节点位置移动、电池电压过低、漏水以及自身电路故障的情况时，发送报警信息。如图4所示，所述的发送报警信息方法根据测量值与阈值的对比结果划分传感器的报警等级，并重组多个传感器报警等级信息，计算不同节点的报警等级。按照优先级别先后自中枢节点至陆地终端发送信息。
权利要求
1.一种基于无线传感网络的实时水文监测传输系统包括多个普通节点和中枢节点， 其特征在于所述的普通节点包括GPS天线、太阳能帆板、太阳能电池板控制器、蓄电池、测控模块、ZigBee无线通讯模块、浮漂和缆绳；所述的太阳能帆板与太阳能电池板控制器电源输入端连接，太阳能电池板控制器的电源输出端与测控模块的电源输入端连接，太阳能电池板控制器另接一个蓄电池，测控模块与ZigBee无线通讯模块信号连接，所述的测控单元上设有多个传感器接收端口 ；所述的太阳能帆板设置在浮漂上端，太阳能帆板、太阳能电池板控制器、蓄电池、测控单元、无线通讯模块设置在浮漂内，浮漂通过缆绳固定连接到海底，所述的中枢节点包括普通节点和GPRS模块，其中普通节点上测控单元与GPRS模块信号连接。
2.一种基于无线传感网络的实时水文监测传输方法，其特征在于将输入的模拟信号，通过测控模块中的调理电路处理，测控模块按照确定的采样周期采集数据，与通过串口进来的数字传感器信号融合后，保存后选择最优路径发送信息，如发送失败按照再发送、选择次优路径发送、等待再发送的顺序执行发送任务直至成功后返回下一个采集、发送循环， 当最终数据无法发送则记录错误信息并开始下一个新周期发送循环，当出现节点位置移动、电池电压过低、漏水以及自身电路故障的情况时，发送报警信息。
3.根据权利要求2所述的一种基于无线传感网络的实时水文监测传输方法，其特征在于所述的发送报警信息方法为根据测量值与阈值的对比结果划分传感器的报警等级，并重组多个传感器报警等级信息，计算不同节点的报警等级，按照优先级别先后自中枢节点至陆地终端发送信息。
4.根据权利要求2所述的一种基于无线传感网络的实时水文监测传输方法，其特征在于在数据发送之前保存数据，可通过终端发送调用命令或节点外置输出端口传出或从节点内提取的办法得到该数据。
5.根据权利要求2所述的一种基于无线传感网络的实时水文监测传输方法，其特征在于节点周边输入拓扑结构，以便节点根据已知的拓扑结构计算最优、次优路线作为发送路径的备选。
全文摘要
本发明公开了一种基于无线传感器网络的实时水下监测方法，系统由许多水面节点和数据终端组成，水面节点分为一般节点和具备远程通讯功能的中枢节点，通过一般节点采集水下传感器数据，经压缩处理，通过免费的无线通讯方式发送，节点间自组网将信息汇集至中枢节点，中枢节点通过收费的无线通讯或卫星通讯发送至数据终端，数据终端具备数据处理、数据保存、报警判断、报警信息发送等功能，可用于科考领域对水下物理、化学、生物参数的长期观测，可用于河道、近海的环境监测、污染告警，可用于洪涝灾害、海啸灾害、赤潮灾害等灾害预报，具备设备成本低、通讯成本低、可长期连续使用、自动化程度高、数据不客串该、无二次污染等优点。
文档编号H04W84/18GK103024941SQ20121057436
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月25日 优先权日2012年12月25日
发明者刘纯虎, 顾梅园 申请人:杭州电子科技大学