专利名称：一种海洋水域传感器网络监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及海洋环境监测技术领域，特别涉及一种海洋水域传感器网络监测系统。
背景技术：
在我们国家，海洋经济已成为国民经济发展中重要的、强劲的、新的经济增长点。然而随着沿海各地工业和城镇建设的发展，大量工业废水及生活污水排放入海，已造成我国一半以上的近岸海域受到严重污染。因此，加强对海洋的保护和管理是目前研究的重要课题，而加强对海洋领域的环境监测是对海洋保护和管理前提条件。在一些特定的区域进行实时的监测变得十分重要，传统的方式是使用不同的仪器进行监测，需要从不同的仪器进行数据统计、综合、整理和分析，需要的时间和精力都比较大。因此，有人提出用计算机控制网络技术进行实时监测，这样能部分的解决一些问题。但是，传统的计算机控制网络需要进行网络布线，有一定的安装调试周期，特别在监测区域比较大的时候，硬件的耗资很高，造成投资巨大，并且有线网络不利于监测网络的更改和迁移，而且不适合实时性强的紧急情况。难以应付突发事件。
发明内容
本发明就是针对上述存在的问题，提供了一种利用传感器网络技术对海洋水域的环境参数进行实时监测的一种海洋水域传感器网络监测系统。
本发明由计算机、基站和在线监测节点组成，在各自的程序控制协调下，通过无线收发接口互连组成。
上述的基站为传感器网络无线通信模块，通过RS232接口与计算机相连接；上述的在线监测节点由海水温度传感电路、水流传感电路、PH值传感电路、光照度传感电路、无线发射接收电路、发射接收天线和微处理器所组成，其连接关系为海水温度传感电路、水流传感电路、PH值传感电路、光照度传感电路、无线发射接收电路分别与微处理器双向电连接；无线发射接收电路与发射接收天线双向电连接。
上述的海水温度传感电路由温度传感器、信号调理电路所组成，并依次电连接；水流传感电路由二维加速度传感器、信号调理电路所组成，并依次电连接；PH值传感电路由PH值传感器、信号调理电路所组成，并依次电连接；无线发射接收电路由无线接收接口电路、无线收发电路、无线发送接口电路所组成，并依次电连接，其发射频率为300MHz-900MHz。
上述的海洋水域传感器网络监测系统具有两种工作模式第一、可采用主从式的工作模式，所有的监测节点的工作都是由基站来控制的工作方式，由基站来发起进行路由发现，然后组成一个自治网络。第二、采用对等网络工作模式，每一个监测节点的工作按自主的模式工作，并且需要时，可主动的寻找网络，请求数据发送到基站。
本发明的工作原理如下本系统的监测节点上电后，根据以上描述的两种工作模式，第一种是主从式的工作模式，基站发出一个路由广播包，该广播包的目的是为了寻找网络上的其它传感器节点，在基站的通信范围内存在某节点，该节点则收到广播包，然后回应一个路由信息包到基站，并且自己作为基站的路由节点，把该广播包进行转发，往外广播，继续寻找下一个网络节点，如果还能找到另外的节点，则这些被找到的节点通过路由节点同送一个路由信息包到基站，基站通过判断是否已经存在该节点信息来确定是否是新节点。如果是新节点，就记录该节点信息，并增加到数据库。通过这样基站发起的路由方法，直到所有的网络节点都能找到。当找到所有节点的通信路径之后，基站需要哪个节点的信息，只需要发出请求包给该节点，该节点收到就能按要求发送数据回到基站。第二种是对等网络工作模式，由于不存在基站，因此不需要进行数据会聚，仅仅是部分的节点之间进行数据通信。因此，在网络中，按程序设定的方式，当某一个节点需要发送数据到另一个节点时，源节点可直接把需要发送的数据包作为广播包发送出去，如果在通信范围之内存在该节点，该节点能直接收到数据包，并且把应答包回送源节点，如果存在的是其它节点，则作为路由节点把该信息转发，直到找到目的节点，收到应答信息包，或者所有的节点都尝试过，即使没有找到该节点，通信也结束。源节点记录没有这个目的节点。
本发明具有如下优点基站和监测节点构成的网络是无线网络，因此不需要进行电缆的布线工作，大大的减少硬件的投资。每一个节点都是智能节点，可自主的单独工作，也可以相互自组织成一个网络进行协同工作；并且由于无线通信中，每一个节点都能作为路由器实现数据的转发，因此可使用多跳的方式来实现远距离的通信，使得监测的范围可实现大范围的监测；智能节点的程序控制中，网络智能节点通过记录与网络内其它智能节点通信的信号强度，从而获知与网络内每一对节点之间的距离。可以实现节点的逻辑定位，如果网络中存在已知坐标三个参考坐标，可计算本节点的绝对坐标，实现每一个节点的定位；在网络定位完成后，可实现网络的覆盖计算，知道本网络能监测的实际区域。每一个节点通过电池供电来工作，独立的完成信号的采集和处理，可固定安装，也可缓慢移动，能实现随时的加入和离开网络。基站控制程序可按需执行参数设置，数据打印和系统报警功能。
本发明可实时监测海洋水域的水质、温度、海浪等情况，为海洋工程、油气作业等海上生产活动提供环境参数，为海洋污染监控与防治提供决策依据，为海洋生态环境、海水养殖以及近海水产资源养护提供依据，对沿海的渔业和意外环境污染提供有效的监测信息，为海上渔业生产活动提供服务，从而有效保护海水域的产业发展。该装置具有实时、快速、省电、精确度高、操作方便、监测范围广、灵活性强等优点，应用前景广阔，有较大的社会效益和经济效益。
图1是本发明网络系统示意图。
图2是本发明的监测节点工作原理框图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。
本发明在程序的控制之下，每一个节点可独立工作，也可通过基站对节点进行设置工作模式。
如图1所示，图中的1是计算机；2是基站，表示数据的集中点，它为传感器网络无线通信模块；其它的3、4、5、6……N，表示各个监测节点。基站与节点之间和节点相互之间的互连路径，是通过节点互动的路由发现，实时实现自组织网络的形成。每一个智能节点可固定安装，也可缓慢移动，能实现随时的加入和离开网络。每一个节点在通信距离范围之内都是可以相互通信，在直接通信范围之外的，可通过中继节点来实现通信。比如，节点9要发数据到基站，该节点不能直接与基站通信，可通过中继节点3或者节点4进行中继通信。在每一个节点的协同工作程序控制之下，可保证对节点9顺利找到路由，实现数据通信。多个这样的智能节点就构成一个传感器网络系统，所有的节点在网络中的地位都是平等的，可任意替换。传感器网络无线通信模块2通过RS232接口和计算机1相连，当传感器网络无线通信模块2接收来自传感器网络中节点的数据，经过处理后传给计算机，实现从传感器节点到计算机的数据通信。计算机将数据传给传感器网络无线通信模块，再通过无线收发器传给网络中相应的节点。
如图2所示，监测节点主要包括海水温度传感电路1，由温度传感器1.1和信号调理电路1.2组成；水流传感电路2，由加速度传感器2.1和信号调理电路2.2组成；PH值传感电路3，由PH值传感器3.1和信号调理电路3.2组成；光照度传感电路4；低功耗微处理器5；无线发射接收电路6，由无线收发芯片电路6.3、无线接收接口电路6.1和无线发送接口电路6.2；发射接收天线7所组成。
图中1.1是一个温度传感器TC1047，它是一种发电型传感器，将输入的温度信息直接转换为电势信号输出。该信号输入到信号调理电路1.2进行调理，变为大小合适的信号，再输入到微控制器内部集成的A/D转换器。为了减小放大电路的功耗，放大器的选用，必须使用低功耗的运算放大器，来保证系统的运行能持续比较长的时间。
图中2.1是ADXL202芯片及其周围元件构成水流传感电路，输出的模拟电压信号通过脉宽占空比调制器转换为占空比与加速度成正比的方波。2.2是该传感器的输出信号调理电路。该信号调理转换成可直接输入到计数器或低功耗的微控制器来测量。
图中3.1是PH-BTAPH传感器，该传感器工作电源端管脚加电工作时，输出的是模拟电压，信号调理电路主要由运算放大器构成一个同相放大器，该放大器的放大倍数为3倍，使得传感器输出信号比较适合输入到AD转换器。
图中4是CL94L光照度传感器，该传感器工作电源端管脚加电工作时，输出的是模拟电压，该传感器输出信号可直接输入到AD转换器。
图中5是低功耗微处理器，使用的是ATMEL128芯片。
图中6.1是无线接收接口电路，6.2无线发送接口电路，6.3是无线收发电路的核心芯片，选用CC1000无线收发芯片，在匹配电阻下，使其处在最佳匹配工作模式下工作。能完成300MHz到900MHz频段下的工作。
权利要求
1.一种海洋水域传感器网络监测系统，其特征在于它主要由计算机、基站和在线监测节点组成，在各自的程序控制协调下，通过无线收发接口互连组成。
2.根据权利权要求1所述的海洋水域传感器网络监测系统，其特征在于所述的基站为传感器网络无线通信模块，通过RS232接口与计算机相连接；所述的在线监测节点由海水温度传感电路、水流传感电路、PH值传感电路、光照度传感电路、无线发射接收电路、发射接收天线和微处理器所组成，其连接关系为海水温度传感电路、水流传感电路、PH值传感电路、光照度传感电路、无线发射接收电路分别与微处理器双向电连接；无线发射接收电路与发射接收天线双向电连接。
3.根据权利权要求2所述的海洋水域传感器网络监测系统，其特征在于所述海水温度传感电路由温度传感器、信号调理电路所组成，并依次电连接；水流传感电路由二维加速度传感器、信号调理电路所组成，并依次电连接；PH值传感电路由PH值传感器、信号调理电路所组成，并依次电连接；无线发射接收电路由无线接收接口电路、无线收发电路、无线发送接口电路所组成，并依次电连接，其发射频率为300MHz-900MHz。。
4.根据权利权要求1或2或3所述的海洋水域传感器网络监测系统，其特征在于所述的海洋水域传感器网络监测系统可采用主从式工作模式，即由基站来控制所有监测节点进行路由发现，组成一个自治网络；也可采用对等网络工作模式，即每个监测节点按自主的模式工作，需要时，可主动的寻找网络，请求数据发送到基站。
全文摘要
本发明提供了一种海洋水域传感器网络监测系统，它主要由计算机、基站和在线监测节点组成，在各自的程序控制协调下，通过无线收发接口互连组成。基站与监测节点之间和监测节点相互之间的互连路径，是通过节点互动的路由发现，实时实现自组织网络的形成。每一个节点都可自主的单独工作，也可以相互自组织成一个网络协同工作，实现大范围的监测。本发明可实时监测海洋水域的水质、温度、海浪等情况，为海洋工程、油气作业等海上生产活动提供环境参数，为海洋污染监控与防治提供决策依据，为海洋生态环境、海水养殖以及近海水产资源养护提供依据，从而有效保护海水域的产业发展。
文档编号G01D21/02GK1744143SQ20051001925
公开日2006年3月8日 申请日期2005年8月8日 优先权日2005年8月8日
发明者李德识, 陈健, 孙涛, 雷鸣, 刘小文 申请人:武汉大学