本发明涉及网络控制技术，具体为一种用于无线传感器网络的控制方法。
背景技术：
长江三峡工程是举世瞩目的特大型水利工程。随着三峡工程的顺利推进，库区蓄水量增加，但是由于水体的自净能力降低，库区的水环境状况正呈逐步恶化的趋势，库区的水环境的安全问题已经成为了国内外广泛关注的热点。三峡库区的水环境安全问题关系到库区以及长江中下游地区的用水安全、南水北调工程的顺利实施、长江流域的生态安全以及三峡工程的成败，更与整个中国的可持续发展密切相关。
为了实现对三峡库区的水环境监测，已经在三峡库区相继建立了各级环境监测站。考虑到对三峡库区的水环境状况的监测是一个漫长的过程，而且，由于三峡水库库容量极大，由于三峡两岸山体下部长期处于浸泡之中，因此发生山体滑坡、塌方和泥石流的频率有所增加，并不方便人类到达，因此，在三峡库区水环境监测中，选用了大规模的无线传感器网络，通过在三峡库区中投放大量的无线传感器节点，利用各个节点通过无线通信的方式，将采集到的数据传回到控制中心，从而达到对三峡库区的水环境特性进行实时监控的目的。
在三峡库区水环境监测中采用的无线传感器网络，简称wsn，由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的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被感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素，其中无线传感器网络的节点一般由处理器、无线通信、传感器和电源四个模块组成，而由于节点多被部署在地势险峻、无人值守的区域，也就意味着若该处的节点出现故障后，它的维护成本需要很高，因此，为了实现减少无线传感器网络的运转成本，就需要实现无线传感器网络的良好运转，而为了保证无线传感器网络的良好运转，需要解决的一个难题就是如何实现无线传感器网络节点的低功耗。
授权公告号为cn103298087b的发明专利文件中公开了一种基于状态机的无线传感器网络节点低功耗方法，无线传感器网络节点包括主控制器单元以及主控制单元连接的传感器单元、无线通信单元和能量供应单元，其中传感器单元包括数字式传感器和模拟传感器，数字式传感器包括了启动测量转换、测量转换、转换结果读取、空闲和休眠五种工作状态，模拟传感器包括休眠、加电、ad转换、转换结果读取四种工作状态，无线通信单元包括无线发送、无线接收和休眠三种工作状态，主控制单元分为了休眠态和活跃态两种工作状态；通过合理控制单一节点各单元的工作状态缩短无线传感器网络节点的活跃时间来降低无线传感器网络节点的整体功耗，从而保证无线传感器网络的良好运转。然后，由于三峡水域独特的地理特征，导致局部水域的水流速较大，流速高达3米/秒,而我们都知道，对于同一物体来说，其运动速度越快动能越大，也就是说，对于投放在三峡水域不同位置处的传感器受到的水流的冲击是不同的，水流大的区域的传感器受到的水流冲击大得多，在遭受长时间的水流冲击以后，传感器就会出现损伤甚至损坏的情况，需要经常更换，而且，水流过大，也会影响对水质的检测结果，这样一来，增大了对无线传感器网络的管理成本，同样也会降低对水质的监测结果。因此，为了提高无线传感器网络对水环境的检测效果，同时也为了降低对无线传感器网络的管理成本，有必要提出一种新的对于无线传感器网络的控制方法。
技术实现要素：
本发明意在提供一种用于无线传感器网络的控制方法，以解决现在的无线传感器网络控制方法中，由于投放在水流湍急处的节点中的传感器单元在受到水流的冲击后容易出现损坏而影响了对水质检测结果的问题。
本发明提供基础方案是：用于无线传感器网络的控制方法，采用的无线传感器网络包括主控制器和多个节点，节点包括主控制器单元、传感器单元和无线通信单元；
主控制单元包括休眠态和活跃态两种工作状态，用于在主控制器处于休眠状态时进行耗时长又不需要主控制器处于活跃状态的任务；
传感器单元包括数字式传感器，传感器单元包括启动测量转换、测量转换、转换结果读取、空闲和休眠五种工作状态，其中，传感器单元按照启动测量转换、测量转换、转换结果读取的顺序执行数据采集任务，空闲状态和休眠状态可在上述的执行顺序之间的任意位置之间进行，空闲状态和休眠状态的持续时间任意；启动测量转换和转化结果读取两种工作状态受主控制器单元控制；
无线通信单元包括无线发送、无线接收和休眠三种工作状态，其中无线发送和无线接收状态受主控制器单元控制；
包括以下内容：
数据采集：传感器单元依次进行启动测量转换、测量转换、转换结果读取工作，并将读取得到的检测数据发送出去，空闲状态和休眠状态穿插在上述顺序之间的任意位置；
数据传递：无线通信单元在接收传感器单元发送的检测数据后，将该检测数据发送给主控制器；休眠工作状态位于上述两种状态的任意位置处；
状态切换：主控制器单元控制无线通信单元的无线发送工作状态和无线接收工作状态的切换，还控制传感器单元的启动测量转换工作状态和转接结果读取工作状态的切换进行；
其中：
传感器单元设置有镂空的外壳，外壳上安装有可转动的叶轮，叶轮上设置有磁电式转速传感器，与无线通信单元通信连接；
数据采集内容中还包括：
转速采集：水流在经过传感器单元时，叶轮在水流的作用下开始转动，磁电式转速传感器开始产生电压，并将电压信号输出，无线通信单元在接收到电压信号后将该电压信号传输到主控制器，主控制器对电压信号进行计算，并将计算后得到的水的流速进行显示。
基础方案的工作原理：传感器单元是用来对水质进行检测的，在检测过程中，传感器单元启动测量转换，然后开始对水质进行测量转换，在完成对测量转换后，进行转换结果读取操作，在完成转换结果读取操作后得到检测数据，传感器单元将该检测数据发送到无线通信单元，无线通信单元在接收到该检测数据后，将该检测数据发送给主控制器，完成对水质的检测；
而在这个过程中，对于投放在水流湍急流域的传感器单元来说，在水流经过传感单元的时候，传感器单元受到水流的冲击是很大的，考虑到对水质的检测是一个长期的工程，因此，就需要保证传感器单元可以长期使用，也就意味着需要减小传感器单元受到的水流冲击，因此，本方案中，对传感器设置了镂空的外壳，在外壳上设置了叶轮，外壳是为了实现叶轮的安装的，而镂空的设置则是为了保证传感器单元能接触到水，正常进行检测工作；
由于水流在经过叶轮的时候，叶轮在水流的推动下就会开始转动，根据能量守恒定律可以知道，叶轮的转动是因为水流的作用，也就是说，在叶轮转动的过程中，水流的一部分动能转换为了叶轮的动能，一旦水流的动能减小，也就代表着水流的速度就会减低，传感器单元接收到的水流的冲击也就会减小，也就延长了传感器单元的使用寿命；
同时，在叶轮转动的过程中，叶轮上安装的磁电式转速传感器开始工作，叶轮转动后，磁电式转速传感器产生电压，然后电压信号被传输到无线通信单元，无线通信单元在接收到电压信号后将该电压信号传给到主控制器，由于对于已知质量的叶轮来说，叶轮的转动速度跟水流的速度是成正比关系的，也就是说，我们是可以根据叶轮的转速来得知水流速度的，因此，对叶轮安装了磁电式转速传感器用于检测叶轮的转速，主控制器对磁电式转速传感器在水流的作用下产生的电压信号进行计算，并将计算后得到的水的流速进行显示，最后得出水流的速度，完成对水的流速的测定。
基础方案的有益效果是：与现有的控制方法相比，1.本方案中通过对传感器单元安装叶轮，利用叶轮减小传感器单元受到的水流冲击，保证了传感器单元的使用寿命，从而降低了对无线传感器网络的维护成本；
2.安装的叶轮在消耗部分水流动能的同时，还在与磁电式转速传感器的作用下实现对该处的水流速度的检测，也就是说，叶轮也起到了对传感器单元保护的作用同时也起到了对水流速度检测的作用；而选用磁电式转速传感器，是为了利用水流驱动叶轮转动实现磁电式转速传感器的启动，无需额外设置电源，也就节约了监测成本。
优选方案一：作为基础方案的优选，在转速采集中，水流在经过叶轮的时候，沿着叶轮上的导流槽流动。有益效果：利用叶轮上设置的导流槽对水流进行导流，可以保证叶轮在水流的作用下顺利转动。
优选方案二：作为优选方案一的优选，在转速采集中，水流经过叶轮前端安装的过滤网后流过叶轮。有益效果：由于水中会含有多种杂质，如杂草、石块等，这些会随着水的流动到达叶轮处，从而对叶轮造成损坏等，因此叶轮前端安装的过滤网就可以将这些杂质过滤掉，从而保证叶轮的使用寿命，减小了无线传感器网络的维护成本。
优选方案三：作为优选方案一的优选，在转速采集中，叶轮通过螺栓安装在传感器单元的外壳上。有益效果：由于叶轮在使用久了以后需要更换，因此采用螺栓实现叶轮在传感器单元上的设置，便于更换操作。
优选方案四：作为基础方案的优选，在转速采集中采用的叶轮为开式叶轮有益效果：开式叶轮具有制造简单、清洗方便。
附图说明
图1为本发明用于无线传感器网络的控制方法实施例的流程框图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
用于无线传感器网络的控制方法，采用的无线传感器网络包括主控制器和多个节点，节点包括主控制器单元、传感器单元和无线通信单元，如图1所示；本实施例中水质监测中心设置有搭载主控制器的电脑，主控制单元包括休眠态和活跃态两种工作状态，用于在主控制器处于休眠状态时进行耗时长又不需要主控制器处于活跃状态的任务；
传感器单元包括数字式传感器，传感器单元包括启动测量转换、测量转换、转换结果读取、空闲和休眠五种工作状态，其中，传感器单元按照启动测量转换、测量转换、转换结果读取的顺序执行数据采集任务，空闲状态和休眠状态可在上述的执行顺序之间的任意位置之间进行，空闲状态和休眠状态的持续时间任意；启动测量转换和转化结果读取两种工作状态受主控制器单元控制；
无线通信单元包括无线发送、无线接收和休眠三种工作状态，其中无线发送和无线接收状态受主控制器单元控制；
包括以下内容：
数据采集：传感器单元依次进行启动测量转换、测量转换、转换结果读取工作，并将读取得到的检测数据发送出去，空闲状态和休眠状态穿插在上述顺序之间的任意位置；
数据传递：无线通信单元在接收传感器单元发送的检测数据后，将该检测数据发送给主控制器；休眠工作状态位于上述两种状态的任意位置处；
状态切换：主控制器单元控制无线通信单元的无线发送工作状态和无线接收工作状态的切换，还控制传感器单元的启动测量转换工作状态和转接结果读取工作状态的切换进行；
其中：
传感器单元设置有镂空的外壳，外壳上安装有可转动的叶轮，在转速采集中，叶轮通过螺栓安装在外壳上，叶轮上设置有磁电式转速传感器，数据采集内容中还包括：
转速采集：水流在经过传感器单元时，叶轮在水流的作用下开始转动，磁电式转速传感器开始产生电压，并将电压信号输出，无线通信单元在接收到电压信号后将该电压信号传输到主控制器，主控制器对电压信号进行计算，并将计算后得到的水的流速进行显示；其中水流在经过叶轮的时候，沿着叶轮上的导流槽流动，而在水流经过叶轮前端安装的过滤网后流过叶轮，本实施例中采用的叶轮为开式叶轮。
传感器单元是用来对水质进行检测的，如水的温度、湿度和浑浊度，在检测过程中，传感器单元启动测量转换，然后开始对水质进行测量转换，在完成对测量转换后，进行转换结果读取操作，在完成转换结果读取操作后得到检测数据，传感器单元将该检测数据发送到无线通信单元，无线通信单元在接收到该检测数据后，将该检测数据发送给主控制器，完成对水质的检测；上述的传感器单元、主控制器单元、主控制器、无线通信单元均已经在授权公告号为cn103298087b的发明专利文件公开，因此本发明中不再赘述；本实施例中的无线传感器网络的各节点硬件电路主要由jn5139无线单元、ds18b20温度传感器接口、sht11温湿度传感器接口、光传感器接口、低压差线性稳定器(ld0)以及uart接口构成，对应的传感器单元则采用测量水温的温度传感器、测量水的温度以及湿度的温湿度传感器以及测量水的浑浊度的光传感器；具体为：jn5139无线单元通过ds18b20温度传感器接口与温度传感器连接，本实施例中温度传感器为ds18b20温度传感器；jn5139无线单元通过sht11温湿度传感器接口与温湿度传感器连接，本实施例中选用具有体积小、抗干扰能力强、性价比高等优点的sht11温湿度传感器接口作为温湿度传感器使用；jn5139无线单元通过光传感器接口与光传感器连接，本实施例中采用光敏电阻作为光传感器对光照强度进行测量，从而达到对水的浑浊度测量的目的；
而在这个过程中，对于投放在水流湍急流域的传感器单元来说，在水流经过传感单元的时候，传感器单元受到水流的冲击是很大的，考虑到对水质的检测是一个长期的工程，因此，就需要保证传感器单元可以长期使用，也就意味着需要减小传感器单元受到的水流冲击，因此，本方案中，采用设置了叶轮的方法实现减小水流对传感器单元的冲击的效果；
由于水流在经过叶轮的时候，叶轮在水流的推动下就会开始转动，根据能量守恒定律可以知道，叶轮的转动是因为水流的作用，也就是说，在叶轮转动的过程中，水流的一部分动能也就转换为了叶轮的动能，一旦水流的动能减小，也就代表着水流的速度就会减低，传感器单元接收到的水流的冲击也就会减小，也就延长了传感器单元的使用寿命；
同时，在叶轮转动的过程中，叶轮上安装的磁电式转速传感器开始工作，叶轮转动后，磁电式转速传感器产生电压，然后电压信号被传输到无线通信单元，无线通信单元在接收到电压信号后将该电压信号传给到主控制器，由于对于已知质量的叶轮来说，叶轮的转动速度跟水流的速度是成正比关系的，也就是说，我们是可以根据叶轮的转速来得知水流速度的，因此，对叶轮安装了磁电式转速传感器用于检测叶轮的转速，最后得出水流的速度。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。