专利名称：无线巡检仪及其巡检方法
技术领域：
本发明涉及一种特定变量的测量装置及测量方法，更具体的说，是涉及一种巡检仪及其巡检方法。
背景技术：
现有的巡检仪一般是将需巡检的相应传感器通过线路与巡检仪连接来实现相应的监控。对于测试、调试等需要经常移动的场合，布线复杂，使用不方便。而且投资大。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种布线少、巡检范围大，可以实现数据的长期存取功能的巡检仪。
本发明通过下述技术方案实现一种无线巡检仪，包括母节点模块和至少一个子节点模块，所述子节点模块采集需巡检的信息，所述母节点模块用于计算处理各个子节点模块采集的信息，所述子节点模块中设置有子节点无线收发模块，所述母节点模块中设置有母节点无线收发模块，所述各子节点模块通过各自的子节点无线收发模块、母节点无线收发模块与母节点模块交换信息。
所述母节点模块通过有线或无线通讯方式与计算机系统交换信息。
所述子节点模块包括至少一个传感器，所述传感器通过A/D接口或数据接口与数据处理单元连接，所述数据处理单元与子节点无线收发模块连接。
所述数据处理单元与存储器连接。
所述母节点模块包括计算处理单元，所述计算处理单元分别与母节点无线收发模块、控制键盘、显示器连接，所述控制键盘为数字小键盘，用于输入各子节点的编号。
所述计算处理模块与存储器或/和时间模块连接。
所述计算处理模块与A/D接口或数字接口连接，所述A/D接口或数字接口与用于校正的传感器。
一种无线巡检仪的巡检方法，包括下述步骤(1)各个子节点模块、母节点模块分别初始化；(2)母节点模块判断是否需要巡检传感器的采样数据，如果不需要巡检，则继续判断是否需要巡检传感器采集数据信息；(3)如果需要巡检传感器采集数据信息，则通过母节点模块中的母节点无线收发模块向子节点模块发出巡检信号；(4)子节点模块检测是否有母节点模块发来的需要巡检子节点模块信息，如果没有需要巡检子节点模块信息，则进入睡眠状态；(5)如果有需要巡检信息，子节点模块接收母节点模块发来的信号，进行数据校验；判断是否需要检测本节点；(6)如果不需要检测本节点，则进入睡眠状态；(7)如果需要检测本节点，则启动本子节点模块传感器，进行数据采集；子节点模块将采集到的数据信息发送到母节点模块；(8)母节点模块等待一定时间，之后判断是否有子节点模块发来的数据信息；(9)如果没有子节点模块发来的信息，则显示通讯故障，返回步骤(3)；(10)如果有子节点模块发来的信息，则进行数据校验；如果数据校验的结果为数据错误，则返回步骤(8)；如果数据校验结果正确，则给已发送成功的子节点模块发确认信号；(11)子节点模块收到母节点模块发来的确认信息后，进入睡眠状态，完成本节点巡检过程；(12)子节点模块在睡眠状态等待下一次巡检；如果有母节点模块发来的巡检信号，则进入下一次巡检过程。
当计算机系统与母节点模块连接时，如果母节点模块不需要巡检传感器的采样数据时，则执行下列步骤(1)判断是否有计算机端口信息，如果没有计算机端口信息，则返回母节点模块判断是否需要巡检传感器的采样数据；(2)如果有计算机端口信息，判断是否读取存储信息；(3)如果读取存储信息，则读取存储信息，之后返回，母节点模块中的计算处理单元判断是否需要巡检传感器的采样数据；(4)如果不读取存储信息，则按照计算机命令设定的采样方式进行巡检过程。
在上述方法中，完成巡检过程后，将数据显示、保存，并保存当前的时间信息。
本发明具有下述有益效果1.由于采用无线通讯方式，减少了布线数量，适用于需要经常移动的场合；而且可以通过调整无线发射距离，增大了巡检的范围。
2.由于采用数字传输校验，克服了线路衰减带来的误差。
3.由于计算处理单元和数据处理单元与容量较大的存储器连接，可以实现数据的长期存取。
图1为无线巡检仪总体框图；图2为无线巡检仪子节点模块内部结构图；图3为无线巡检仪母节点模块内部结构图；图4为无线巡检仪子节点模块工作流程图；图5为无线巡检仪母节点模块工作流程图；
图6为无线巡检仪巡检工作流程图；图7为母节点模块发送的数据包示意图；图8为子节点模块发送的数据包示意图；图9为母节点模块发送的确认的数据包示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明的无线巡检仪总体框图如图1所示，包括母节点模块及多个子节点模块。子节点模块采集需要巡检的信息，母节点模块计算处理采集的信息。为了减少布线，每个子节点模块与母节点模块通过无线通讯方式交换信息。在每个子节点模块中装有子节点无线收发模块及其天线，在母节点模块中装有母节点无线收发模块及其天线。每个子节点模块通过各自的子节点无线收发模块及其天线、母节点无线收发模块及其天线与母节点模块交换信息。子节点模块的个数根据需要检测的点的数量确定。为了方便计算和采集后数据的加工处理，该巡检仪可以与计算机系统连接。
每个子节点模块的结构如图2所示，包括一个或多个传感器，根据需要巡检的参数，传感器的种类可以是温度传感器、湿度传感器、压力传感器、应力传感器、光照度传感器等。传感器根据巡检仪的应用环境及需要巡检的参数确定。一个或多个传感器通过A/D接口或数据接口与数据处理单元连接，使用A/D接口或数据接口视传感器的接口形式而定。数据处理单元与子节点无线收发模块连接。为了实现数据的长期存取，扩大存储数据量，可以将存储器与数据处理模块连接。
母节点模块的结构如图3所示，包括计算处理单元等。计算处理单元分别与控制键盘、显示器连接。控制键盘为数字小键盘，用于输入需要巡检的点的编号，显示器显示各点的采样数值及通讯故障等需要显示的信息。计算处理单元可以与存储器连接，该存储器要求容量较大，以存储计算处理后的数据。可以采用时间模块为系统提供时钟。可以在母节点模块中加入一个或多个校对用的传感器，该传感器的精度要求较高，用于确定子节点模块中各个传感器的精度。校对用的传感器通过A/D接口或数字接口与计算处理模块连接。计算处理模块与计算机系统连接。
下面以巡检温度、湿度信息为例说明本发明。
在每个子节点模块中设有温度传感器和湿度传感器。温度传感器可以选用PT100或PT1000热敏电阻及其外围电路组成，也可以采用AD590或TMP36等模拟量输出的传感器，也可以采用DS18b20集成温度传感器等。湿度传感器可以选用HM1500模拟量输出的传感器，也可以采用HF3223数字接口的传感器。输出为模拟量时应当在电路中设置A/D转换接口。数据处理单元可以采用内部带有A/D接口的单片机，以省去外围的A/D接口电路，比如采用microchip公司的PIC16F873/PIC16F876等，也可以采用不带A/D接口的例如8051系列单片机AT89C2051等。A/D接口可以选用MAX5104，MAX5121，AD574等。无线收发模块可以选择315MHz或433MHz等常用低价位的数据通讯模块，如401-2FSK，401-1FSK等。单片机本身带有一定的RAM或EEPROM，假如不能满足需要可以在外围端口增加一定的RAM或EEPROM，可选用21C67，IS75V16F64GS16或IS75V16F64GS32，EEPROM可选用FM24CL16，FM24CL04等。将温度传感器、湿度传感器与A/D接口或数字接口连接，之后与单片机连接，单片机分别与子节点无线收发模块、存储器连接即组成一个子节点。
在母节点模块中，母节点无线收发模块可以选择315MHz或433MHz等常用低价位的数据通讯模块，如401-2FSK，401-1FSK。计算处理单元可以采用直接内部带有A/D接口的单片机，以省去外围的A/D接口电路，比如采用microchip公司的PIC16F873/PIC16F876等，也可以采用不带A/D接口的例如8051系列单片机AT89C2051等。显示器可以选用普通的8段码LED显示器，也可以选择通用带汉字库的液晶显示器，例如LCM12864ZK等。控制键盘采用数字小键盘，用于输入各子节点的编号。为了提高精确度，在母节点模块中装入校对用的温度、湿度传感器，校对用的温度、湿度传感器的精度要求要高，可以采用精度高PT1000和HM1500型号。时间模块可以选用DS1307，也可以选择DS12887时间专用芯片，为本系统提供时钟。将温度、湿度传感器与A/D接口或数字接口连接，之后与作为计算处理单元的单片机连接，作为计算处理单元的单片机分别与母节点无线收发模块、时间模块、存储器、控制键盘、显示器连接，即组成母节点模块。
将多个子节点模块及母节点模块安装在需要的位置，即组成一个无线巡检仪。如果需要可以将该巡检仪与计算机系统连接。
在巡检工作开始前，为了保证巡检数据的准确性，把母节点模块的传感器和子节点模块的传感器，放置在同样的要检测环境中，如果子节点模块中传感器显示的数据和母节点模块中传感器检测到的数据有显著的差异，超过了误差允许范围，则认为子节点模块传感器失效，需要更换。
巡检仪子节点模块工作流程图如图4所示，巡检仪母节点模块工作流程图如图5所示，巡检仪的巡检工作流程图如图6所示，各子节点模块的数据处理单元和母节点模块的计算处理单元分别初始化。母节点模块中的计算处理单元判断是否需要巡检传感器的采样数据。母节点模块的巡检方式可以通过母节点模块上的控制键盘根据需要输入，也可以设定一定的巡检规律。如果不需要巡检，则计算处理单元继续判断是否需要巡检传感器采集数据信息；如果需要巡检传感器采集数据信息，则计算处理单元通过母节点无线收发模块向子节点模块发出巡检信号。每个子节点模块的数据处理单元检测是否有母节点模块发来的需要巡检子节点模块的信息，如果没有需要巡检子节点模块的信息，则数据处理单元进入睡眠状态。如果有需要巡检子节点模块的信息，数据处理单元控制子节点模块中的无线收发模块接收母节点模块发来的信号。数据处理单元收到信号后进行数据校验，判断是否需要检测本节点；如果不需要检测本节点，则数据处理单元进入睡眠状态；如果需要检测本节点，则启动本子节点模块相应的传感器，进行数据采集；子节点模块将采集到的数据信息经滤波处理后由子节点无线收发模块发送出去。之后等待母节点模块发来确认信息。等待一定时间后，如果没有母节点模块的确认信息，则重发，同时对重发的次数作限制。如果到重发次数，则数据处理单元进入睡眠状态。如果没到重发的次数，则等待一定时间后，如果仍没有母节点模块的确认信息，则重发。母节点模块中的无线收发模块将收到的子节点模块发来的信息送到母节点模块中的计算处理单元。母节点模块发出巡检信号后等待一定时间，之后判断是否有子节点模块发来的数据信息；如果没有子节模块点发来的信息，则通过显示器显示通讯故障，返回，母节点模块中的计算处理单元继续判断是否需要巡检传感器的采样数据。如果有子节点模块发来的信息，则计算处理单元进行数据校验；如果数据校验的结果为数据错误，则母节点模块继续接收子节点模块发来的信息，等待超过一定时间仍然无正确信息，报告通讯错误；如果数据校验正确，即子节点模块发送成功，则计算处理单元通过母节点无线收发模块给已发送成功的子节点模块发确认信号。子节点模块收到母节点模块发来的确认信息后，进入睡眠状态，完成本次巡检过程，等待下一次巡检。根据实际需要，母节点模块可以在巡检完成后，将巡检数据在显示器上显示，或者保存到存储器中，同时将当前的时间信息保存到存储器中。之后返回，母节点模块中的计算处理单元继续判断是否需要巡检传感器的采样数据。
根据实际需要可以将母节点模块中的计算处理单元通过有线或无线通讯方式与计算机系统连接，用于计算机系统与巡检仪交换信息。此时，在母节点模块中的计算处理单元在不需要巡检传感器的采样数据时，判断是否有计算机端口信息，如果没有计算机端口信息，返回，母节点模块中的计算处理单元判断是否需要巡检传感器的采样数据。如果有计算机端口信息，则判断是否读取存储信息。如果要读取存储信息，则读取存储信息，之后返回，母节点模块中的计算处理单元判断是否需要巡检传感器的采样数据。如果不需要读取存储信息，则按照计算机命令设定的采样方式进行巡检过程。
子节点模块在睡眠状态时等待下一次巡检。如果有母节点模块发来的巡检信号，则用中断技术把数据处理单元唤醒，从睡眠状态进入工作状态，进入下一次巡检过程。
在巡检过程中，母节点模块想要采集某个子节点模块的数据，母节点模块首先发送一个采集无线信号，为了避免和其他的设备混淆，此信号按照一定的数据格式，应该含有自行定义的数据包头，包头里含有整个数据包的校验子段，要采集节点的节点号，假如每个子节点模块带有多个传感器的情况下，还要包含要采集的传感器号。假如需要的情况下还要含有时间戳。母节点模块发送的数据包如图5所示，数据头1，包含一定数目起始位，一定数目的特征序列1，整个的数据长度，校验子段包括整个数据包的校验，占有一个固定的长度。数据包括两部分一部分是要采集的传感器号，占有一定的固定长度，另一部分是要采集的传感器号，也占有一定的固定长度，要采样某一种传感器时对应位置1，否则为0。总位数与传感器节点的传感器数目相同。所有的子节点模块都会接收到这个信息，子节点模块一旦发现有数据马上用中断技术把数据处理单元唤醒，从睡眠状态进入工作状态。
所有的子节点模块都会分析这个母节点模块发来的数据包，数据包头不符合，或校验错则直接抛弃，进入睡眠状态。假如数据包头符合则继续向下判断，若节点号和本身的节点号不吻合，则进入睡眠状态。吻合的情况下，检测要采集数据的传感器号，启动这些传感器，然后进行数据采集。
子节点模块发送转换完的数据，这个数据包也采用一定数据，第一部分包头(包头里应该含有整个数据包的校验子段)，此包头和母节点模块发送的包头应该不同，第二部分是数据，首先是传感器的编号，传感器的采样数据(占用几个子节按照精度要求事先规定好)，然后又是传感器编号，传感器数据。子节点发送的数据包如图6所示，数据头2，包含一定数目起始位，一定数目的特征序列2，整个的数据长度，校验子段包括整个数据包的校验，占有一个固定的长度。数据包括两部分一部分是要采集的传感器号，占有一定的固定长度，另一部分是要采集的传感器号及其数据。若有多个传感器数据，一直向后累加。
母节点最后接收到子节点发送的数据，进行分析校验，看看是不是自己所要求的数据，确认正确后，给子节点按照此信号按照一定的数据格式，比如为了避免和其他的设备混淆，应该含有自行定义的数据包头，(包头里应该含有整个数据包的校验子段)采集完节点的节点号。母节点发送的确认的数据包如图7所示，数据包3，包含一定数目起始位，一定数目的特征序列，整个的数据长度，校验子段包括整个数据包的校验，占有一个固定的长度。数据包括要采集的传感器号，占有一定的固定长度。
无线通讯模块可以采用低价位的数据通讯模块，如401-2FSK，401-1FSK，无线数据传模块速率4800bit/s距离200米，供电2.7V-5.2V，收发采用两种不同的频率，采用全双工的工作方式。数据的收发由母节点统一管理调度，来避免各个子节点同时发送数据的冲突。也可采用单一频率TDMA时分复用单工模式，时间同步信号由母节点定时发出。每个子节点被分配在不同的时间片上。避免了各个子节点同时发送数据的冲突。
由于无线通信存在较多的干扰，对于低价位的无线收发模块一般不带有纠错功能，纠错在软件上可以采用循环冗余校验，编码格式上采用低速率多采样点的输出方方。可以采用普通的曼彻斯特编码，也可以采用一个1000代表0，1110代表1，和pt2262/2272集成电路编码格式类似的抗干扰能力强的编码格式。
本发明的无线巡检仪由于采用无线通讯方式实现各个子节点模块与母节点模块交换信息，减少了布线的麻烦，而且可以通过调整无线发射距离扩大巡检范围。采用数字传输校验，克服了线路传输衰减带来的误差。可以灵活的通过软件实现巡检点、巡检频率，可以实现数据的长期存取。通过更换传感器，可以采样多种数据。由于计算处理单元和数据处理单元与容量较大的存储器连接，可以实现数据的长期存取。
权利要求
1.一种无线巡检仪，包括母节点模块和至少一个子节点模块，所述子节点模块采集需巡检的信息，所述母节点模块用于计算处理各个子节点模块采集的信息，其特征是，所述子节点模块中设置有子节点无线收发模块，所述母节点模块中设置有母节点无线收发模块，所述各子节点模块通过各自的子节点无线收发模块、母节点无线收发模块与母节点模块交换信息。
2.根据权利要求1所述的无线巡检仪，其特征是，所述母节点模块通过有线或无线通讯方式与计算机系统交换信息。
3.根据权利要求1或2所述的无线巡检仪，其特征是，所述子节点模块包括至少一个传感器，所述传感器通过A/D接口或数据接口与数据处理单元连接，所述数据处理单元与子节点无线收发模块连接。
4.根据权利要求3所述的无线巡检仪，其特征是，所述数据处理单元与存储器连接。
5.根据权利要求4所述的无线巡检仪，其特征是，所述母节点模块包括计算处理单元，所述计算处理单元分别与母节点无线收发模块、控制键盘、显示器连接，所述控制键盘为数字小键盘，用于输入各子节点的编号。
6.根据权利要求5所述的无线巡检仪，其特征是，所述计算处理模块与存储器或/和时间模块连接。
7.根据权利要求6所述的无线巡检仪，其特征是，所述计算处理模块与A/D接口或数字接口连接，所述A/D接口或数字接口与用于校正的传感器连接。
8.一种无线巡检仪的巡检方法，其特征是，包括下述步骤(1)各个子节点模块、母节点模块分别初始化；(2)母节点模块判断是否需要巡检传感器的采样数据，如果不需要巡检，则继续判断是否需要巡检传感器的采样数据；(3)如果需要巡检传感器采集数据信息，则通过母节点模块中的母节点无线收发模块向子节点模块发出巡检信号；(4)子节点模块检测是否有母节点模块发来的需要巡检子节点模块信息，如果没有需要巡检子节点模块信息，则进入睡眠状态；(5)如果有需要巡检子节点模块信息，则子节点模块接收母节点模块发来的信号，进行数据校验；判断是否需要检测本节点；(6)如果不需要检测本节点，则本子节点模块进入睡眠状态；(7)如果需要检测本节点，则启动本子节点模块传感器，进行数据采集；子节点模块将采集到的数据信息发送给母节点模块；(8)母节点模块等待一定时间，之后判断是否有子节点模块发来的数据信息；(9)如果没有子节点模块发来的信息，则显示通讯故障，返回步骤(3)；(10)如果有子节点模块发来的信息，则进行数据校验；如果数据校验的结果为数据错误，则返回步骤(8)；如果数据校验结果正确，则给已发送成功的子节点模块发确认信号；(11)子节点模块收到母节点模块发来的确认信息后，进入睡眠状态，完成本节点巡检过程；(12)子节点模块在睡眠状态等待下一次巡检；如果有母节点模块发来的巡检信号，则进入下一次巡检过程。
9.根据权利要求8所述的无线巡检仪的巡检方法，其特征是，如果母节点模块不需要巡检传感器的采样数据，则执行下列步骤(1)判断是否有计算机端口信息，如果没有计算机端口信息，则返回，母节点模块判断是否需要巡检传感器的采样数据；(2)如果有计算机端口信息，判断是否读取存储信息；(3)如果读取存储信息，则读取存储信息，之后返回，母节点模块中的计算处理单元判断是否需要巡检传感器的采样数据；(4)如果不读取存储信息，则按照计算机命令设定的采样方式进行巡检过程。
10.根据权利要求8或9所述的无线巡检仪的巡检方法，其特征是，完成巡检过程后，将数据显示、保存，并保存当前的时间信息。
全文摘要
本发明公开了一种无线巡检仪及其巡检方法，旨在提供一种布线少、巡检范围大，可以实现数据的长期存取功能的巡检仪。一种无线巡检仪，包括母节点模块和至少一个子节点模块。子节点模块包括至少一个传感器，所述传感器通过A/D接口或数据接口与数据处理单元连接，所述数据处理单元与子节点无线收发模块连接。母节点模块中的计算处理单元分别与母节点无线收发模块、控制键盘、显示器、存储器、时间模块、A/D接口或数字接口连接，A/D接口或数字接口与用于校对用的传感器连接。通过更换传感器，可以采样多种数据。本发明还提供了一种本巡检仪的巡检方法，采用数字传输校验，克服了线路传输衰减带来的误差。
文档编号G06F13/00GK1477525SQ0313035
公开日2004年2月25日 申请日期2003年7月2日 优先权日2003年7月2日
发明者孙永进, 刘俊杰 申请人:孙永进, 刘俊杰