一种无线传感器网络低功耗控制系统的制作方法

本实用新型属于无线通信系统领域，具体地说是属于有源无线射频识别技术控制领域中的低功耗控制系统。

背景技术：

随着通讯技术、嵌入式计算技术和传感器技术的日益成熟，微机电系统 (Micro-electromechanical Systems，MEMS)、片上系统(System on a Chip，SOC)、无线通信和低能耗嵌入式技术得到了飞速发展，同时也孕育出了低能耗、低成本、自组织、带来信息感知巨大变革的无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSNs)。

无线传感器网络是由部署在目标区域内大量廉价的微型传感器节点组成，通过无线通信的方式形成一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并实时发送给观察者。现已广泛用于智能城市与市政管理、智能社区、智能家居，环境监测、智能交通、军事国防、车辆管理、精准农业等，其广阔的应用前景掀起了国内外对无线传感器网络的研究热潮。

无线传感器网络中的采集节点是网络的最基本的元素，用于对被覆盖区域的进行数据采集、预处理、存储以及以数据传送之汇聚节点。其特点是节点的电源能量有限、通信能力有限、计算能力有限、与物理世界紧密藕合、大规模密集部署、网络动态性强。为了准确、及时地获取信息,必须依靠节点间的协作, 大量的传感器节点只有通过低功耗无线电通信技术连成网络才能够发挥其整体和综合作用。因此，能量问题是决定传感器网络能否实用的生命线，这就要求无线传感网络的节点必须是低功耗的。

由于WSNs的网络规模极为庞大，在电力供应无法保证的情况下，通过使用电池来解决随机布放的传感器节点的电源问题就成了唯一的选择。但节点电池寿命有限，这也决定了网络的寿命，而定期更换电池是很繁杂的工作，实现起来比较困难。如果不更换电池，一旦电池的电压达不到节点的启动电压，节点就处于瘫痪状态而无法工作,所以无线传感网络中的节点低能耗问题就显得尤为重要。

无线射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)是基于雷达技术开发的一种无线、非接触方式的自动识别技术，主要通过射频信号自动识别目标对象来获取相关数据。这种识别工作无需人工干预，不用直接接触，可适用于各种恶劣环境，且成本低、尺寸小、操作方便快捷。RFID系统主要包含电子标签和阅读器两部分。依据电子标签供电方式的不同，电子标签可以分为有源电子标签(Active tag)、无源电子标签(Passive tag)和半无源电子标签(Semi-passive tag)。有源电子标签需要内装电池，无源射频标签无需内装电池，半无源电子标签部分依靠电池工作。目前，有源RFID具备发射功率低、通信距离长、传输数据量大，可靠性高和兼容性好等特点，被广泛地应用到公路收费、港口货运管理等方面。因此，有源RFID成为解决无线传感网络中节点低能耗的问题的有效途径。

为解决这些问题，需发明适用的一种无线传感器网络低功耗控制系统。

技术实现要素：

本实用新型的目的是解决现有解决无线传感器网络节点电能有效利用等问题，提供了一种无线传感器网络低功耗控制系统。

本实用新型提供一种无线传感器网络低功耗控制系统，其特征在于，包括：一个发射单元，包括一个发射板(1)和一个发射天线(2)，N个接收单元，N 个物联网节点模块(6)，其中，所述发射天线(2)连接在所述发射板(1)上，每个所述接收单元包括接收天线(3)、接收板(4)，所述接收天线(3)连接在所述接收板(4)上，每个所述接收单元连接一个被控制的所述物联网节点模块 (6)，使用时用户控制所述发射单元，所述发射单元通过所述发射天线(2)将用户指令发送到所述接收单元的所述接收天线(3)，所述接收单元接收用户数据后，确定是否在给所述物联网节点供电，以确定所述物联网节点模块(6)是否进入工作状态。

进一步地，所述发射板(1)包括用户控制的强行关断开关(7)、微控制器一(8)、发射模块(9)、电源部分一(11)，其中，所述强行关断开关与所述微控制器一(8)相连，所述微控制器一(8)与所述发射模块(9)相连，所述电源部分一(11)分别与所述微控制器一(8)、所述发射模块(9)相连。

优选地，如果强行关断开关(7)接通，所述发射单元给所述接收单元发送开通所述接收单元输出的指令，如果开关断开，所述发射单元给所述接收单元发送关断接收单元输出的指令。

优选地，所述电源部分一(11)采用电池供电，所述电源部分一(11)中设置了一个电源开关K1。

进一步地，所述接收板(4)包括接收模块(13)、微控制器二(14)，电源输出控制部分(15)、电源部分二(16)，其中，所述接收模块(13)与所述微控制器二(14)相连，所述微控制器二(14)与所述电源输出控制部分(15) 相连，所述电源部分二(16)分别与所述接收模块(13)、所述微控制器二(14)、所述电源输出控制部分(15)相连；所述电源输出控制部分(15)输出端与物联网节点模块(6)输入端相连接。

优选地，所述电源部分二(16)采用电池供电，所述电池分二路，一路是经过稳压电路为所述接收模块(13)与所述微控制器二(14)供电，另一路是不经过稳压直接为电源输出控制部分(15)供电。

优选地，所述接收天线(3)是每5秒钟接收一次接收所述发射单元发射的数据，将所述数据传输到所述接收模块(13)，所述接收模块(13)再将所述数据传送给所述微控制器二(14)，所述微控制器二(14)接收到所述数据后，首先判断密码是否正确，如果密码是正确的，并且检测到所述数据中有开通输出的指令，那么所述微控制器二(14)发出指令打开所述电源输出控制部分(15) 的输出，物联网节点模块(6)就有了电源电压，所述物联网节点模块(6)开始工作；如果密码是正确的，并且检测到所述数据中有关断输出的指令，所述微控制器二(14)发出指令关断所述电源输出控制部分(15)的输出，这样物联网节点模块(6)就失去了电源电压，停止工作；如果密码不正确，那么所述微控制器二(14)就不会发出所述电源输出控制部分(15)的指令，保持所述电源输出控制部分(15)的原来状态不变，是否工作，完全取决于原来的工作状态。

进一步地，如果所述接收天线(3)没有接收到数据包，所述接收单元将保持原来的工作状态。

本实用新型提供的一种无线传感器网络低功耗控制系统有如下有益效果：利用RFID与微控制器技术，最大限度地降低节点的能耗，使电池的能量得到有效利用，以达到节约能源的目的。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型所述的一种无线传感器网络低功耗控制系统的结构示意图；

图2是本实用新型所述的一种无线传感器网络低功耗控制系统的发射板结构示意图；

图3是本实用新型所述的一种无线传感器网络低功耗控制系统的接收板的结构示意图；

图4是实施实例中PIND4001方框示意图；

图5是实施实例中PIND4002方框示意图。

具体实施方式

本实用新型的目的是解决现有解决无线传感器网络节点电能有效利用等问题，提供了一种无线传感器网络低功耗控制系统。

结合图1说明本实用新型，一种无线传感器网络低功耗控制系统，包括：一个发射单元，包括一个发射板(1)和一个发射天线(2)，N个接收单元，N 个物联网节点模块(6)，其中，所述发射天线(2)连接在所述发射板(1)上，每个所述接收单元包括接收天线(3)、接收板(4)，所述接收天线(3)连接在所述接收板(4)上，每个所述接收单元连接一个被控制的所述物联网节点模块 (6)，使用时用户控制所述发射单元，所述发射单元通过所述发射天线(2)将用户指令发送到所述接收单元的所述接收天线(3)，所述接收单元接收用户数据后，确定是否在给所述物联网节点供电，以确定所述物联网节点模块(6)是否进入工作状态。

进一步地，所述发射板(1)包括用户控制的强行关断开关(7)、微控制器一(8)、发射模块(9)、电源部分一(11)，其中，所述强行关断开关与所述微控制器一(8)相连，所述微控制器一(8)与所述发射模块(9)相连，所述电源部分一(11)分别与所述微控制器一(8)、所述发射模块(9)相连。

优选地，如果强行关断开关(7)接通，所述发射单元给所述接收单元发送开通所述接收单元输出的指令，如果开关断开，所述发射单元给所述接收单元发送关断接收单元输出的指令。

优选地，所述电源部分一(11)采用电池供电，所述电源部分一(11)中设置了一个电源开关K1。

进一步地，所述接收板(4)包括接收模块(13)、微控制器二(14)，电源输出控制部分(15)、电源部分二(16)，其中，所述接收模块(13)与所述微控制器二(14)相连，所述微控制器二(14)与所述电源输出控制部分(15) 相连，所述电源部分二(16)分别与所述接收模块(13)、所述微控制器二(14)、所述电源输出控制部分(15)相连。

优选地，所述电源部分二(16)采用电池供电，所述电池分二路，一路是经过稳压电路为所述接收模块(13)与所述微控制器二(14)供电，另一路是不经过稳压直接为电源输出控制部分(15)供电。

优选地，所述接收天线(3)是每5秒钟接收一次接收所述发射单元发射的数据，将所述数据传输到所述接收模块(13)，所述接收模块(13)再将所述数据传送给所述微控制器二(14)，所述微控制器二(14)接收到所述数据后，首先判断密码是否正确，如果密码是正确的，并且检测到所述数据中有开通输出的指令，那么所述微控制器二(14)发出指令打开所述电源输出控制部分(15) 的输出，物联网节点模块(6)就有了电源电压，所述物联网节点模块(6)开始工作；如果密码是正确的，并且检测到所述数据中有关断输出的指令，所述微控制器二(14)发出指令关断所述电源输出控制部分(15)的输出，这样物联网节点模块(6)就失去了电源电压，停止工作；如果密码不正确，那么所述微控制器二(14)就不会发出所述电源输出控制部分(15)的指令，保持所述电源输出控制部分(15)的原来状态不变，是否工作，完全取决于原来的工作状态。

进一步地，如果所述接收天线(3)没有接收到数据包，所述接收单元将保持原来的工作状态。

在本实用新型中，1)接收板与节点模块公用一个电池，节省了WSNs节点模块单独使用的电池；2)在强行关断开关接通，发射单元给接收单元发送开通接收单元输出的指令后，接收板的接收模块与微控制器开始工作，这时电池放电会出现有一个高峰期，这个高峰期大约为几十到几百毫秒，如果此时同时打 WSNs开节点模块，WSNs节点模块对电池也会形成一个高峰期(其峰值视节点模块而异)，二个高峰期叠加，电池电压会下降很多(即形成了很大的波谷)，会造成WSNs节点模块启动电压不足，影响节点模块的启动。因此在接收单元微处理器程序设定时，接收板的接收模块与微控制器开始工作后，延迟5秒钟后再启动WSNs节点模块。使二个高峰期错开，从而使接收模块与微控制器工作更加稳定；3)电子开关采用了CMOS芯片(不使用继电器，防止继电器时间过长引起触电氧化，另外继电器本身耗电量比较大)，使电子开关的工作更加稳定，而且CMOS芯片本身耗电小，也节约了电池的耗电。

本实用新型中，在具体操作中发射单元是由用户操作的，接收单元是分布在WSNs各个节点上(也就是发射单元是一个，接收单元是多个)，用户在打开发射单元电源后，发射单元就会发出数据包，各接收单元均会接收到这个数据包，各接收单元均会按数据包的指令工作，也就是实际上就是各个节点17均会按照用户的指令接通节点的电源的打开或关断，从而实现了用户对节点电源的开关的灵活控制。

根据上面所述，对本实用新型进行了实施，实施了二种不同的方案，下面分别说明：

这二种不同的实施方案如图4、图5所示，图4是PIDN4001方案的方框图，图 5是PIDN4002方案的方框图。

实施例1。

本实施例为PIDN4001实施方案：PIDN4001方案中各WSNs节点模块与 3.6V的锂亚电池直接连接的，用户不能对WSNs节点模块的电源进行控制。由于这些WSNs节点是分布在不同的地点，用户是不能直接操作的，因此，各采集模块实际上是每天24小时都处于工作及睡眠状态，那么采集模块的耗电量是可想而知的，这种供电方式，根据理论计算3.6伏容量是8500mAh的锂亚电池最多也就是使用一年时间，电池的电量也就耗尽了。

实施例2。

本实施例为PIDN4002实施方案：从图5可以看出，PIDN4002方案中各 WSNs节点是与接收板电子开关电源连接的。用户可以根据需要，控制WSNs 节点模块的电源，从而控制WSNs节点模块的开启与关闭。

间一般在60S以下(由于采集是使用A8网关采集的，PIDN4002实施方案的实际采集时间小于60S)，因此每天WSNs节点模块实际工作时间仅仅是600S 左右，由此可知PIDN4002方案的节电效果是非常明显的。

根据PIDN4001方案与PIDN4002方案的对比，可以说明PIDN4002方案的节电效果是非常明显的，这个实用新型在无线传感器网络中有着十分广阔的应用前景。

本实用新型提供的一种无线传感器网络低功耗控制系统有如下有益效果：利用RFID与微控制器技术，最大限度地降低节点的能耗，使电池的能量得到有效利用，以达到节约能源的目的。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。