专利名称：一种透射式能见度仪无线网络化检测控制系统及方法
技术领域：
本发明涉及透射式能见度仪无线网络化检测控制系统，属于气象检测技术领域。
背景技术：
能见度检测对天气预报不可或缺，同样在交通、航空、环境保护及军事等领域也有
着重要作用。能见度检测有散射、透射、目测等工作原理。散射式原理依据检测点空气的光散射特性来推算远距离的光学视程，其代表性较差；目测法依靠参照物及经验观测，无法进行自动观测。透射式原理利用发射激光经一定距离的衰减来检测能见度，具有较好的观测代表性与精度而作为气象观测的首选。透射式能见度仪由于发射及接收装置之间需要有一定距离如50米的基线，以前采用有线方式实现接收装置与发射装置之间的通信与控制，但线缆及架设的成本高，安装不便，维护成本高。无线传感器网络具有短距离通信能力，通过优化设计可以达到100米以上的通信距离，能够满足所需的通信及控制功能。同时，能见度数据取得后，一般还需要与相关的气象要素一起构成自动气象站，而传统上采用RS232等有线接口，同样存在连线等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的缺陷，提供一种透射式能见度仪无线网络化检测控制系统。本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案。一种透射式能见度仪无线网络化检测控制系统，包括以无线传感网络互联的激光发射节点、主控节点；其中所述主控节点包括第一无线微处理器模块、激光接收电路、温度检测电路、液晶显示模块，所述激光发射节点包括激光发射电路、第二无线微处理器模块；
其中第一无线微处理器模块将主控节点的发射控制命令通过无线网络传输至第二无线微处理器模块，第二无线微处理器模块驱动激光发射电路发射光，激光接收电路接收发射光，经放大后送至第一无线微处理器模块得到光电转换信号；
第一无线微处理器模块采集温度检测电路输出的温度数据，结合所述光电转换信号经过温度补偿后得到能见度检测数据；
第一无线微处理器模块将所述能见度检测数据发送至液晶显示模块进行显示，同时通过无线网络将所述能见度检测数据发送至自动气象站系统。进一步的，本发明的透射式能见度仪无线网络化检测控制系统，第一、第二无线微处理器模块采用CC2530无线处理器。该无线处理器平时处在休眠的微功耗状态，定时唤醒主控节点，主控节点再唤醒激光发射节点。进一步的，本发明的透射式能见度仪无线网络化检测控制系统，激光发射电路由激光器和场效应管组成。
进一步的，本发明的透射式能见度仪无线网络化检测控制系统，激光接收电路由光电转换器和运算放大器组成。进一步的，本发明的透射式能见度仪无线网络化检测控制系统，主控节点作为自动气象站的一个传感器节点。本发明还提供一种透射式能见度仪无线网络化检测控制方法，包括如下步骤 步骤A，在主控节点，采用无线微处理器模块将发射控制命令通过无线网络传输至激光
发射节点的无线微处理器模块，驱动激光发射节点的激光发射电路发射光；
步骤B，主控节点的激光接收电路接收发射光，经放大后送至主控节点的无线微处理器模块得到光电转换信号；
步骤C，主控节点的无线微处理器模块采集温度检测电路输出的温度数据，结合步骤B 的光电转换信号经过温度补偿后得到能见度检测数据；
步骤D，将步骤C所述的能见度检测数据发送至液晶显示模块进行显示，同时通过无线网络将所述能见度检测数据发送至自动气象站系统。本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果
本发明通过无线传感器网络解决主控节点与激光发射节点之间的通信及控制问题，与传统的有线方式相比，降低线缆布设成本且安装灵活；因能见度变化缓慢，平时主控节点与激光发射节点进入休眠状态，工作时定时唤醒主控节点，并利用无线传感器网络控制激光发射节点进入工作状态，以降低系统功耗。同时，主控节点成为整个自动气象站的无线传感器网络的一个节点而上传能见度检测数据。
图1是本发明的硬件电路结构图。图2是本发明的激光接收电路原理图。图3是本发明的激光发射电路原理图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。如图1所示，本发明的一种透射式能见度仪无线网络化检测控制系统，包括主控节点和激光发射节点，所述主控节点与激光发射节点通过无线传感器网络连接。主控节点和激光发射节点之间采用基于IEEE 802. 15. 4标准的ZigBee/Pro无线传感器网络进行通信。主控节点与激光发射节点均含有无线微处理器模块，其无线微处理器采用CC2530，无线微处理器除完成无线传感器网络功能外，还作为节点处理器完成运算处理及控制功能。主控节点包括无线微处理器模块、激光接收电路、温度检测电路、液晶显示模块。 其中无线微处理器模块分别与激光接收电路、温度检测电路、液晶显示模块相连。主控节点中的无线微处理器模块负责主控节点和激光发射节点之间通信功能的同时，采集激光接收电路输出的光电转换信号，同时也采集温度检测电路输出的温度数据，进而得到能见度检测数据。然后，无线微处理器模块通过控制液晶显示模块显示能见度检测数据；同时，通过无线网络作为能见度节点加入自动气象站的无线传感器网络系统。激光接收电路的组成如图2所示，利用2CR系列硅光电池D5进行光电转换，输出电流信号经过运算放大器CA3140放大后转换为电压信号Si，Sl接至无线处理器CC2530的 A/D转换输入端。温度检测电路采用DS18B20单总线温度传感器，检测用于能见度的温度补偿所需的温度值。液晶显示模块采用具有串口连接的12864系列的液晶模块，用于显示当前的能见度检测值。激光发射节点包括无线微处理器模块、激光发射电路，无线微处理器模块直接与激光发射电路相连。无线微处理器模块负责与主控节点通信功能的同时，作为节点处理器控制激光发射。激光发射电路如图3所示，主要由激光器Dl和场效应管Ql组成。CTRL为脉冲输入端，由无线处理器CC2530产生，用于控制场效应管IR9540的导通和截止，从而控制激光器的亮灭。当CTRL为低电平时，Ql导通，激光器发光；当CTRL为高电平时，Ql截止，激光器熄灭。光源根据检测需要保持所需的发光或熄灭时间。激光发射节点配置成终端节点，允许在不工作时进入休眠状态，以降低功耗；主控节点配置成路由节点，既可以与激光发射节点通信，同时可以将检测到的能见度数据发送给自动气象站。具体过程是根据观测的时间间隔要求，通过定时唤醒主控节点，主控节点再唤醒激光发射节点，并处于同步工作状态。在发射激光前检测激光接收电路的输出，作为环境光引起的零点误差，然后主控节点通知激光发射节点打开激光源，与此同时检测激光接收电路的输出，减去零点误差后取得激光接收信号，最后关闭激光发射电路，并进入休眠状态。通过激光接收信号换算成能见度值，利用温度检测电路采集的温度值进行温度补偿取得最后的能见度检测结果，利用液晶显示模块输出，并通过无线传感器网络发送到自动气象站。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种透射式能见度仪无线网络化检测控制系统，其特征在于包括以无线传感器网络互联的激光发射节点、主控节点；其中所述主控节点包括第一无线微处理器模块、激光接收电路、温度检测电路、液晶显示模块，所述激光发射节点包括激光发射电路、第二无线微处理器模块；其中第一无线微处理器模块将主控节点的发射控制命令通过无线网络传输至第二无线微处理器模块，第二无线微处理器模块驱动激光发射电路发射光，激光接收电路接收发射光，经放大后送至第一无线微处理器模块得到光电转换信号；第一无线微处理器模块采集温度检测电路输出的温度数据，结合所述光电转换信号经过温度补偿后得到能见度检测数据；第一无线微处理器模块将所述能见度检测数据发送至液晶显示模块进行显示，同时通过无线网络将所述能见度检测数据发送至自动气象站系统。
2.根据权利要求1所述的透射式能见度仪无线网络化检测控制系统，其特征在于所述第一、第二无线微处理器模块采用CC2530无线处理器。
3.根据权利要求1所述的透射式能见度仪无线网络化检测控制系统，其特征在于所述激光发射电路由激光器和场效应管组成。
4.根据权利要求1所述的透射式能见度仪无线网络化检测控制系统，其特征在于所述激光接收电路由光电转换器和运算放大器组成。
5.根据权利要求1所述的透射式能见度仪无线网络化检测控制系统，其特征在于所述主控节点作为自动气象站的一个传感器节点。
6.一种透射式能见度仪无线网络化检测控制方法，其特征在于，包括如下步骤步骤A，在主控节点，采用无线微处理器模块将发射控制命令通过无线网络传输至激光发射节点的无线微处理器模块，驱动激光发射节点的激光发射电路发射光；步骤B，主控节点的激光接收电路接收发射光，经放大后送至主控节点的无线微处理器模块得到光电转换信号；步骤C，主控节点的无线微处理器模块采集温度检测电路输出的温度数据，结合步骤B 的光电转换信号经过温度补偿后得到能见度检测数据；步骤D，将步骤C所述的能见度检测数据发送至液晶显示模块进行显示，同时通过无线网络将所述能见度检测数据发送至自动气象站系统。
全文摘要
本发明公开了一种透射式能见度仪无线网络化检测控制系统及方法，属于气象检测技术领域。本发明包括以无线传感器网络互联的激光发射节点、主控节点；其中所述主控节点包括第一无线微处理器模块、激光接收电路、温度检测电路、液晶显示模块，所述激光发射节点包括激光发射电路、第二无线微处理器模块；本发明通过无线传感器网络实现主控节点与激光发射节点之间的通信控制，主控节点与激光发射节点协调工作，控制激光发射，并检测激光接收信号，通过温度补偿后取得能见度值，相对有线方式减少了线缆及架设的成本，安装灵活方便。
文档编号G01N21/59GK102323242SQ201110137308
公开日2012年1月18日 申请日期2011年5月26日 优先权日2011年5月26日
发明者唐慧强, 李超, 纪镪镪, 闾军, 鞠琳, 鲍婷婷 申请人:南京信息工程大学