专利名称：一种实现远程无线监测的方法及无线监测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线传感器网络远程无线监测技术，特别涉及一种实现远程无线监测 的方法及无线监测装置。
背景技术：
通过对工程结构、旋转机械、环境等进行长期远程在线监测获取相关的监测数据， 为结构设计提供设计依据，是无线传感器网络技术重要的应用和发展方向。其中，对于在长 期监测过程中随机出现的某些突发事件，又是在线监测的重点，获取突发事件发生时的监 测数据在实际中具有重要的意义。例如，对大型工程结构进行长期远程在线监测以监测台 风、地震等突发事件以获取监测数据，分析其对工程结构产生的影响、以及对铁路、桥梁进 行监测获取监测数据，以研究火车通过时对其结构的影响，为后续分析、设计及改进提供参 考；此外，对建筑物进行温度监测，可以在火灾等突发事件发生时实时获取监测数据，进行 及时报警，以降低损失。图1为现有无线监测装置的结构示意图。参见图1，该无线监测装置为一无线传感 器网络节点，包括传感器、模/数(A/D，Analog/Digital)变换模块、CPU模块、无线通信模 块以及电源模块，其中，传感器，用于对待采集物进行感知，获取模拟感知信号，输出至A/D变换模块；实际应用中，待采集物可以是工程机械设备，也可以是建筑物，还可以是铁路桥梁 等需要进行监测的对象。A/D变换模块，用于对接收的模拟感知信号进行A/D变换，形成数字采样信号，输 出至CPU模块；CPU模块，用于按照预先设置的处理算法对输入的数字采样信号进行处理、计算， 获取采样信号相关的物理量，输出至无线通信模块；实际应用中，处理算法可以根据需要设置，例如，对于监测台风、地震等突发事件， 处理算法可以是加速度计算算法以及振动幅值计算算法等，相关的物理量为加速度或振动 幅值；而对于温度监测等突发事件，处理算法可以是温度计算算法，相关的物理量为温度幅 值。无线通信模块，用于将CPU模块输出的信息通过无线方式发送至监测中心，以便 于监测中心的工作人员根据获取的信息进行具体分析、判断；实际应用中，监测中心的工作人员获取相关信息后，例如，对于加速度或振动幅 值，可以分析台风、地震等突发事件的强度以及持续时间；对于温度监测等突发事件，可以 判断是否发生火警，以便及时采取措施。电源模块，用于为传感器、A/D变换模块、CPU模块以及无线通信模块提供工作所 需的工作电压。实际应用中，当无线监测装置处于工作状态时，其中的A/D变换模块、CPU模块以 及无线通信模块都需要消耗较大的能量，功耗较大；而且，对于一部分需要电压驱动的传感器，由于其一直处于采集状态，功耗也较大，而电源模块通常使用电池提供电源，由于能量 有限，使得无线监测装置工作时间较短，需要经常更换电池。为了提高无线监测装置的工作 时间，现有技术中，改进的方法是通过设置无线监测装置的各节点，例如，传感器、A/D变换 模块、CPU模块、无线通信模块在设定的休眠周期内处于深度休眠状态，休眠状态包括模块 处于通电状态但不工作，即待机状态以及切断模块的工作电源使模块处于断电状态，不对 待采集物进行采样及处理，而在设定的唤醒周期内，唤醒各节点进入工作状态，采集监测数 据、处理并传输，此处的唤醒包括对于处于通电状态但不工作的模块，该模块直接进入工 作状态，而对于处于断电状态的模块，负责导通该模块的工作电源使其进入工作状态，休眠 周期与唤醒周期交替进行。这样，设定的休眠周期越长、唤醒周期越短，装置的平均能耗就 越低，电池也就能工作更长的时间，从而有效地延长了无线监测装置的工作时间。但上述通过设定休眠周期、唤醒周期延长无线监测装置工作时间的方法，由于设 定的休眠周期通常为分钟甚至小时级别，这样，当节点处于休眠状态时，必然错过随机发生 的突发性事件，而捕获不到对监测对象具有重要意义的突发事件过程中的监测数据，因而， 也不能在突发事件发生的第一时间及时获取突发事件的相关信息，例如，地震强度信息或 火警报警信息，举例来说，对于地震等突发事件，其持续时间可能仅为几秒至几十秒，如果 休眠周期设定为分钟，则在地震发生时，无线监测装置可能正处于休眠状态，因而不能获取 相关的地震监测数据
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种实现远程无线监测的方法，能够及时 获取突发事件的相关信息，并能保障无线监测装置的工作时间。本发明的另一目的在于提供一种无线监测装置，能够及时获取突发事件的相关信 息，并能保障无线监测装置的工作时间。为达到上述目的，本发明提供的远程无线监测的方法，该方法包括传感器实时感知获取模拟感知信号；滤波模块按照预先设定的滤波策略对获取的模拟感知信号进行滤波，当接收到第 一触发信号时，将获取的模拟感知信号输出至A/D变换模块，当接收到第二触发信号或未 接收到触发信号时，将获取的模拟感知信号输出至比较器；A/D变换模块将滤波的模拟感知信号进行A/D变换，形成数字采样信号；比较器将滤波的模拟感知信号电平值与预先设定的电平阈值进行比较，如果模拟 感知信号电平值大于预先设定的电平阈值，向CPU模块输出触发信号；CPU模块接收比较器输出的触发信号，向滤波模块输出第一触发信号，接收A/D变 换模块输出的数字采样信号，通过无线通信模块发送，并进行计时，在设置的采样时间到 时，生成并向滤波模块输出第二触发信号。所述接收A/D变换模块输出的数字采样信号的步骤进一步包括CPU模块按照预先设置的处理算法对接收的数字采样信号进行处理，获取采样信 号相关的物理量，如果确定为突发事件，执行所述通过无线通信模块发送的步骤，否则，向 滤波模块输出第二触发信号。进一步包括CPU模块如果确定为突发事件，向A/D变换模块输出第三触发信号；
A/D变换模块在第三触发信号的控制下，按照预先的设定提高采样率，将滤波的模 拟感知信号进行A/D变换，形成数字采样信号。根据突发事件持续的时间和监控应用要求设置所述采样时间。一种实现远程无线监测的方法，该方法包括
传感器在预先设置的唤醒周期内实时感知获取模拟感知信号，在预先设置的休眠 周期内停止感知；滤波模块按照预先设定的滤波策略对获取的模拟感知信号进行滤波，当接收到第 一触发信号时，将获取的模拟感知信号输出至A/D变换模块，当接收到第二触发信号或未 接收到触发信号时，将获取的模拟感知信号输出至比较器；A/D变换模块将滤波的模拟感知信号进行A/D变换，形成数字采样信号；比较器将滤波的模拟感知信号电平值与预先设定的电平阈值进行比较，如果模拟 感知信号电平值大于预先设定的电平阈值，向CPU模块输出触发信号；CPU模块根据预先设置的唤醒周期以及休眠周期，在唤醒周期内，控制传感器进行 实时感知，在休眠周期内，控制传感器停止感知；接收比较器输出的触发信号，向滤波模块 输出第一触发信号，接收A/D变换模块输出的数字采样信号，通过无线通信模块发送，并进 行计时，在设置的采样时间到时，生成并向滤波模块输出第二触发信号。一种无线监测装置，该装置包括传感器、滤波模块、比较器、A/D变换模块、CPU模 块、无线通信模块以及电源模块，其中，传感器，用于对待采集物进行感知，获取模拟感知信号，输出至滤波模块；滤波模块，用于将传感器输出的模拟感知信号按照预先设定的滤波策略进行滤 波，在接收到第一触发信号后，将滤波的模拟感知信号输出至A/D变换模块，在接收到第二 触发信号后，将滤波的模拟感知信号输出至比较器；比较器，用于接收滤波模块输出的模拟感知信号，与预先设定的电平阈值进行比 较，在模拟感知信号电平值大于预先设定的电平阈值时，向CPU模块输出触发信号；A/D变换模块，用于对接收的模拟感知信号进行A/D变换，形成数字采样信号，输 出至CPU模块；CPU模块，用于接收比较器输出的触发信号，向滤波模块输出第一触发信号；接收 A/D变换模块输出的数字采样信号，输出至无线通信模块，并进行计时，在设置的采样时间 到时，向滤波模块输出第二触发信号；无线通信模块，用于将CPU模块输出的信息通过无线方式发送；电源模块，用于为传感器、滤波模块、比较器、A/D变换模块、CPU模块以及无线通 信模块提供工作所需的工作电压。所述滤波模块为高通滤波器或带通滤波器，所述装置进一步包括加法器，用于对 传感器输出的模拟感知信号执行加法运算，将模拟感知信号的电平值拉高到预先设定的电 平值并输出至滤波模块。所述CPU模块进一步用于在接收A/D变换模块输出的数字采样信号后，按照预先 设置的处理算法对输入的数字采样信号进行处理，获取采样信号相关的物理量，判断是否 为突发事件，如果确定为突发事件，执行输出至无线通信模块的流程，否则，向滤波模块输 出第二触发信号。
所述CPU模块进一步用于在确定为突发事件后，向A/D变换模块输出第三触发信 号；
A/D变换模块在第三触发信号的控制下，按照预先的设定提高采样率，将滤波的模 拟感知信号进行A/D变换，形成数字采样信号。进一步包括数字可调电位器，根据CPU模块预先设置的电平阈值参数，调节输出 至比较器的电平阈值为CPU模块设置的电平阈值参数对应的电压值。进一步包括捕获周期控制器，用于接收CPU模块输出的第一触发信号，唤醒A/D 变换模块、CPU模块以及无线通信模块进入工作模式，接收CPU模块输出的第二触发信号， 将A/D变换模块、CPU模块以及无线通信模块置于休眠状态。一种无线监测装置，该装置包括传感器、滤波模块、比较器、A/D变换模块、CPU模 块、无线通信模块以及电源模块，其中，传感器，用于在CPU模块的控制下，在预先设置的唤醒周期内对待采集物进行实 时感知，获取模拟感知信号，输出至滤波模块，在预先设置的休眠周期内停止感知；滤波模块，用于将传感器输出的模拟感知信号按照预先设定的滤波策略进行滤 波，在接收到第一触发信号后，将滤波的模拟感知信号输出至A/D变换模块，在接收到第二 触发信号后，将滤波的模拟感知信号输出至比较器；比较器，用于接收滤波模块输出的模拟感知信号，与预先设定的电平阈值进行比 较，在模拟感知信号电平值大于预先设定的电平阈值时，向CPU模块输出触发信号；A/D变换模块，用于对接收的模拟感知信号进行A/D变换，形成数字采样信号，输 出至CPU模块；CPU模块，用于根据预先设置的唤醒周期以及休眠周期，在唤醒周期内，控制传感 器进行实时感知，在休眠周期内，控制传感器停止感知；接收比较器输出的触发信号，向滤 波模块输出第一触发信号；接收A/D变换模块输出的数字采样信号，输出至无线通信模块， 并进行计时，在设置的采样时间到时，向滤波模块输出第二触发信号；无线通信模块，用于将CPU模块输出的信息通过无线方式发送；电源模块，用于为传感器、滤波模块、比较器、A/D变换模块、CPU模块以及无线通 信模块提供工作所需的工作电压。进一步包括设置在电源模块与传感器之间的开关，所述CPU模块在唤醒周期内， 导通电源模块与传感器之间的开关以控制传感器进行实时感知，在休眠周期内，关断电源 模块与传感器之间的开关以控制传感器停止感知。由上述的技术方案可见，本发明提供的一种实现远程无线监测的方法及无线监测 装置，传感器实时感知获取模拟感知信号；滤波模块按照预先设定的滤波策略对获取的模 拟感知信号进行滤波，当接收到第一触发信号时，将获取的模拟感知信号输出至A/D变换 模块，当接收到第二触发信号或未接收到触发信号时，将获取的模拟感知信号输出至比较 器；A/D变换模块将滤波的模拟感知信号进行A/D变换，形成数字采样信号；比较器将滤波 的模拟感知信号电平值与预先设定的电平阈值进行比较，如果模拟感知信号电平值大于预 先设定的电平阈值，向CPU模块输出触发信号；CPU模块接收比较器输出的触发信号，向滤 波模块输出第一触发信号，接收A/D变换模块输出的数字采样信号，通过无线通信模块发 送，并进行计时，在设置的采样时间到时，生成并向滤波模块输出第二触发信号。这样，通过设置比较器以确定是否有突发事件，在突发事件发生前，A/D变换模块、CPU模块以及无线 通信模块不工作，可以有效降低无线监测装置的功耗，同时，比较器可以实时监测突发事件 是否发生，避免漏过对突发事件的监测，能够及时获取突发事件的相关信息，且采样时间不 同于现有的休眠周期、唤醒周期依次循环的方式，大大了降低整个装置的功耗，保障了无线 监测装置的工作时间。
图1为现有无线监测装置的结构示意图。图2为本发明实施例无线监测装置结构示意图。图3为本发明实施例实现远程无线监测的方法流程示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对 本发明作进一步地详细描述。本发明实施例中，通过设置比较器，将模拟感知信号与预先设定的电平阈值进行 比较，如果模拟感知信号电平值大于预先设定的电平阈值，触发对模拟感知信号进行采样、 处理、计算及无线发送，如果模拟感知信号电平值不大于预先设定的电平阈值，则不进行处 理，减少了由于对模拟感知信号进行采样、处理、计算及无线发送所需的功耗；而且，对模拟 感知信号进行采样、处理、计算及无线发送的持续时间设置为突发事件持续的时间，大大降 低了装置工作的时间，从而延长了无线监测装置的工作时间。图2为本发明实施例无线监测装置结构示意图。参见图2，该无线监测装置包括 传感器、滤波模块、比较器、A/D变换模块、CPU模块、无线通信模块、捕获周期控制器以及电 源模块，其中，传感器，用于实时对待采集物进行感知，获取模拟感知信号，输出至滤波模块；实际应用中，采集物可以是工程机械设备，也可以是建筑物，还可以是铁路桥梁等 监测对象。传感器包括振动传感器、温度传感器、风速传感器、应变传感器、光线传感器、扭矩 传感器等，根据实际需要进行配置用来感知突发事件的感知传感器或用来感知监测信号的 传感器，感知突发事件的传感器可以是感知监测信号的传感器，也可以是单独的感知传感 器。例如，对于需要监测的对象为地震的情况，可以配置振动传感器，用以监测地震突发事 件；对于需要监测的对象为台风，可以配置振动传感器或风速传感器。滤波模块，用于将传感器输出的模拟感知信号按照预先设定的滤波策略进行滤 波，当接收到第一触发信号时，将滤波的模拟感知信号输出至A/D变换模块，当接收到第二 触发信号或未接收到触发信号时，将滤波的模拟感知信号输出至比较器；本实施例中，预先设定的滤波策略根据配置的传感器感知对象确定，例如，对于配置的传感器感知对象为地震的情况，由于地震的能量集中在低频段，因此，滤波策略就可以 为低通滤波，即将滤波模块设计为低通滤波器，用以对低频以外的模拟感知信号进行滤波， 以降低后续比较和计算的工作量，减少无线监测装置的功耗，同时，减少了其他非监测对象 的干扰和影响，提高监测的准确度。例如，在监测大型结构的健康状态时，监测地震突发事件产生的结构响应比较重要，而对人为的敲击或电磁干扰等其他情况产生的高频响应不感 兴趣，因而，可以将滤波模块设置为低通滤波器。当然，实际应用中，也可以根据需要将滤 波模块设置为高通滤波器或带通滤波器，并对设置为高通或带通滤波器的情形，可以设置 加法器，对传感器输出的模拟感知信号执行加法运算，将模拟感知信号的电平值拉高到预 先设定的电平值并输出至滤波模块，以使滤波模块滤波输出的模拟感知信号的电平为正电 平，从而简化后续比较器的设计。实际应用中，对于滤波模块初始工作时，此时，未接收到任何触发信号，则默认设 置将获取的模拟感知信号输出至比较器。比较器，用于接收滤波模块输出的模拟感知信号，与预先设定的电平阈 值进行比 较，如果模拟感知信号电平值大于预先设定的电平阈值，向CPU模块输出触发信号，否则， 不作处理；当然，也可以设置电平值小于预先设定的电平阈值，向CPU输出触发信号，他们 的本质并没有区别。本实施例中，预先设定的电平阈值可以根据前述的采集对象依据经验或公知的技 术手段进行设置，在此不再赘述。 触发信号可以是预先设定的高或低电平信号。A/D变换模块，用于对接收的模拟感知信号进行A/D变换，形成数字采样信号，输 出至CPU模块；CPU模块，用于接收比较器输出的触发信号，向滤波模块以及捕获周期控制器输出 第一触发信号。接收A/D变换模块输出的数字采样信号，输出至无线通信模块，并进行计 时，在设置的采样时间到时，向滤波模块以及捕获周期控制器输出第二触发信号。由于环境等其他因素的干扰，可能使得比较器接收的模拟感知信号大于预先设定 的电平阈值而触发CPU模块输出第一触发信号，对模拟感知信号进行采集、处理并通过无 线通信模块发送，造成无线监测装置功耗增大且精度较低。因而，本实施例中，CPU模块在 接收A/D变换模块输出的数字采样信号后，按照预先设置的处理算法对输入的数字采样信 号进行处理，获取采样信号相关的物理量，判断是否为突发事件，如果确定为突发事件，执 行输出至无线通信模块的流程，并在后续接收到A/D变换模块输出的数字采样信号后，不 再进行处理，直接将数字采样信号输出至无线通信模块进行发送以降低CPU模块进行处理 的功耗；否则，向滤波模块输出第二触发信号以控制滤波模块将滤波的模拟感知信号输出 至比较器，降低A/D变换模块以及CPU模块的功耗。当然，实际应用中，为了进一步降低无线监测装置的功耗，A/D变换模块也可以按 照不同的采样策略对接收的模拟感知信号进行A/D变换。这样，CPU模块进一步在确定为 突发事件后，向A/D变换模块输出第三触发信号；A/D变换模块如果没有接收到第三触发信号，按照预先设置的第一采样策略进行 采样以及A/D变换，形成数字采样信号，输出至CPU模块，第一采样策略可以是低采样率以 及较短的采样周期，这样，可以减少第一采样策略内的采样点数，即减少在突发事件发生前 的采样数，从而减少采集的功耗。而在接收到第三触发信号后，按照预先设置的第二采样策 略进行采样以及A/D变换，形成数字采样信号，输出至CPU模块，第二采样策略可以是高采 样率以及较长的采样周期，这样，可以保证获取突发事件相关信息的精确度以及足够的信 息量。第一采样策略和第二采样策略的设置具体可根据实际需要设置，在此不再赘述。
本实施例中，可以根据突发事件的特征来确定是否发生了突发事件。例如，在温度 监测系统中，监测关心的突发事件是火灾或温度骤升事故，突发事件的特征是温度持续升 高，则CPU模块比较采集到的不同时刻的温度值，如果温度值在设置的时间内符合持续增 长的规律，则可以确定是发生了突发事件，执行输出至无线通信模块的流程；如果出现电磁 干扰等干扰采样信号时，由于在设置的时间内不符合持续增长的规律，则可以判定为误报， 则向滤波模块输出第二触发信号。在振动监测系统中，监测关心的突发事件是台风，地震 等，突发事件的特征是采集的整周期信号的最大值和平均值，如果接收的最大值和平均值 均大于预先设置的正常值，则可以确定为发生了能够引起结构产生大形变的突发事件，在 CPU模块确定已经出现需要的突发事件后，CPU模块将控制无线监测装置的各个相关部分， 开始提高采样率连续密集采集数据并进行处理、分析和计算，输出至无线通讯模块发送，或 者存储在内置的存储器内。当然，也可以在确认出现需要的突发事件后发出报警信号。如 果CPU模块判定为误触发事件，则继续等待突发事件。实际应用中，处理算法可以根据需要设置，例如，对于监测台风、地震等突发事件， 处理算法可以是加速度计算算法以及振动幅值计算算法等，相关的物理量为加速度或振动 幅值；而对于温度监测等突发事件，处理算法可以是温度计算算法，相关的物理量为温度幅 值。本实施例中，采样时间可以根据监测对象的特性，即突发事件持续的时间、和/ 或，监控应用要求进行设置，例如，对于监测对象为地震的情况，由于地震持续的时间一般 为零点几秒至几十秒，因而，可以设置采样时间为60秒或120秒，这样，可以对地震情况进 行完整监测，在到达设定的采样时间后，无线监测装置重新回到初始状态，相对于现有休眠 期和唤醒期交替进行的情况，可以大大降低功耗。当然，也可以根据实际需要，例如，由于地 震频率一般为零点几赫兹至几赫兹，也可以将采样时间设置为几个完整的地震周期。此外， 采样时间还可以根据计算出来的采样信号相关的物理量特征值判断突发事件是否已经完 毕，如果物理量特征值小于预先设置的物理量特征值阈值，无线监测装置重新回到初始状 态。无线通信模块，用于将CPU模块输出的信息通过无线方式发送； 实际应用中，CPU模块可以不对接收的数字信号进行处理，无线通信模块将CPU模 块输出的信息通过无线方式发送至监测中心，留待监测中心的工作人员根据获取的信息进 行具体分析、处理、判断，以减少CPU模块的功耗，延长其工作寿命，监测中心的工作人员获 取相关信息并进行处理后，例如，对于加速度或振动幅值，可以分析台风、地震等突发事件 的强度以及持续时间；对于温度监测等突发事件，可以判断是否发生火警，以便及时采取措 施。捕获周期控制器，用于接收CPU模块输出的第一触发信号，唤醒A/D变换模块、CPU 模块以及无线通信模块进入工作模式，接收CPU模块输出的第二触发信号，将A/D变换模 块、CPU模块以及无线通信模块置于休眠状态；本实施例中，所应说明的是，捕获周期控制器并不是本发明必不可少的模块，是为 了进一步降低无线监测装置的功耗，通过捕获周期控制器控制各模块的工作状态以降低耗 电量。当然，捕获周期控制器也可以用于控制比较器以及滤波模块的工作状态，但由于实际 应用中，比较器和滤波模块工作时的耗电量极低，可以不用考虑。
电源模块，用于为传感器、滤波模块、比较器、A/D变换模块、CPU模块、捕获周期控 制器以及无线通信模块提供工作所需的工作电压。由上述可见，本发明实施例的无线监测装置，通过设置比较器以及捕获周期控制 器，在突发事件发生前，捕获周期控制器将A/D变换模块、CPU模块以及无线通信模块置于 休眠状态，使传感器、滤波模块以及比较器进入工作模式，这样，可以有效降低无线监测装 置的功耗，同时可以实时监测突发事件是否发生，避免漏过对突发事件的监测，并在突发事 件发生时，及时唤醒A/D变换模块、CPU模块以及无线通信模块，使之进入工作模式，采集、 获取突发事件的相关信息，由于采样时间根据各监测对象的特征参数进行设置，在采样时 间过后，无线监测装置进入休眠监测，这样，不仅可以及时获取突发事件的相关信息，还可 以大大降低整个装置的功耗，保障了无线监测装置的工作时间。上述无线监测装置中，比较器中预先设定的电平阈值可以根据实际需要进行改 动，以适应不同类型的监测对象。这样，无线监测装置进一步包括数字可调电位器，根据 CPU模块设置的电平阈值参数调节自身阻值，调节输出至比较器的电平阈值为CPU模块设 置的电平阈值参数对应的电压值。因此，通过设置调节电压输出的数字电位器，可以灵活地 程控设置触发电平阈值，使得比较器更加通用。比较器的一端和数字可调电位器连接，另一 端和传感器通过滤波电路的输出连接，比较器输出连接到CPU模块的中断输入接口。传感器的输出电压和感知量成线性关系，传感器感知事件，输出模拟感知信号，即 电压信号，通过滤波电路去除干扰后，输入至比较器，与比较器预先设定的电平阈值进行比 较，当传感器的输出信号大于比较器预先设定的电平阈值时，比较器向CPU模块的中断口 输出高或低电平的触发信号，通过中断方式唤醒CPU模块，CPU模块向滤波模块以及捕获周 期控制器输出第一触发信号，A/D变换模块按照第一采样策略对接收的模拟感知信号进行 A/D变换，输出数字采样信号，CPU模块对接收的数字采样信号进行计算，获取采样信号相 关的物理量，如果确认为突发事件，向A/D变换模块输出第三触发信号，A/D变换模块接收 到第三触发信号后，按照第二采样策略对接收的模拟感知信号进行A/D变换，输出数字采 样信号至CPU模块，CPU模块将输入的数字采样信号向无线通信模块输出，并在设置的采样 时间到时，向滤波模块以及捕获周期控制器输出第二触发信号以控制无线监测装置进入休 眠模式，所应说明的是，CPU模块在休眠模式时，能够感知来自比较器的触发信号。下面举具体实施例，对本发明无线监测装置进行说明。实施例一本实施例中，传感器使用温度传感器、速度传感器、电荷型振动传感器等，这些传 感器都具有极低的功耗或者不需要工作电源即可工作，因此，电源模块能够提供维持上述 传感器一直工作的足够能量。对于电荷型传感器等，需要设计放大调理电路，以将感知的物 理量转变为模拟电压输出。传感器感知的模拟感知信号经过滤波模块进行滤波，去除和突 发事件不相关的信号。滤波模块可以由电阻和电容按需要设计，通过调整阻容值改变频带 范围，可以设计成低通、高通或者带通滤波器。如果滤波模块使用高通或带通滤波器，那么 经过高通或带通滤波器之后需要使用加法器将滤波后的模拟感知信号拉到一个稳定的正 电压值处，以防止出现负电压。数字可调电位器和CPU模块连接，CPU模块通常为低功耗的 单片机等微处理器，由CPU模块控制电平阈值参数，电平阈值接入比较器的一个输入管脚， 比较器的另外一个输入管脚接入传感器经调理滤波后的输出电压信号，当传感器感应到突发事件输出电压大于电平阈值时，比较器输出高或低报警脉冲，唤醒CPU模块及其相关模 块进入工作状态，对传感器的输出电压信号进行分析、计算。实施例二
传感器使用热电偶传感器、应变传感器、力传感器等，这类传感器通常需要激励电 压或提供电源才能工作，对于该类传感器，如果传感器一直工作，其耗电量也较大，降低了 无线监测装置的工作时间。因而，本实施例中，对于一些实时性要求不高的突发事件，为了 进一步延长无线监测装置工作的时间，可以在电源模块与传感器之间设置开关，例如，M0S 管开关，由CPU模块或捕获周期控制器控制M0S管开关的通断。捕获周期控制器进一步用 于按照预先设置的唤醒周期以及休眠周期控制M0S管开关的通断，在休眠周期，关断M0S管 开关，切断电源模块与传感器之间的电源通路，同时将A/D变换模块、CPU模块以及无线通 信模块置于休眠状态；在唤醒周期，导通M0S管开关，导通电源模块与传感器之间的电源通 路，CPU模块在接收比较器输出的触发信号后，执行向滤波模块以及捕获周期控制器输出第 一触发信号的流程。如果CPU模块在唤醒周期内确定没有突发事件发生，则进入休眠周期； 如果CPU模块在唤醒周期内确定有突发事件发生，则执行向A/D变换模块输出第三触发信 号的流程。这样，由于在唤醒周期内，无线监测装置中的A/D变换模块、CPU模块以及无线 通信模块也只在确定为突发事件时才工作，相对于现有无线监测装置在整个唤醒周期内处 于工作模式的情形，可以延长其工作时间。实际应用中，可以将休眠周期设置较短，以尽可 能不漏过突发事件。例如，用热电偶传感器来监测温度，如果热电偶传感器及滤波电路的工 作电流为20mA，电池容量为2Ah，热电偶传感器工作稳定的最短时间为10mS，则可以设置休 眠周期为10S，唤醒周期为20mS，这样，该无线监测装置可以工作3年以上。实际应用中，如 果在唤醒周期开始时，确定没有突发事件发生，也可以立即进入休眠周期。当然，对于切断模块的工作电源使模块处于断电状态以降低功耗的情形，也可以 在相应的模块与电源模块之间设置由CPU模块或捕获周期控制器控制的M0S管开关，在此 不再赘述。上述实施例二中的无线监测装置与图2的结构相同，在此不再赘述，与图2不同的 是，其中的传感器和CPU模块所执行的具体功能有所不同传感器，用于在CPU模块的控制下，在预先设置的唤醒周期内对待采集物进行实 时感知，获取模拟感知信号，输出至滤波模块，在预先设置的休眠周期内停止感知；CPU模块，用于根据预先设置的唤醒周期以及休眠周期，在唤醒周期内，控制传感 器进行实时感知，在休眠周期内，控制传感器停止感知；接收比较器输出的触发信号，向滤 波模块输出第一触发信号；接收A/D变换模块输出的数字采样信号，输出至无线通信模块， 并进行计时，在设置的采样时间到时，向滤波模块输出第二触发信号。以下再对本发明实施例的实现远程无线监测的方法进行说明。图3为本发明实施例实现远程无线监测的方法流程示意图。参见图3，该流程包 括步骤301，感知获取模拟感知信号；本步骤中，对于温度传感器、速度传感器、电荷型振动传感器等具有极低功耗或者 不需要工作电源即可工作的传感器，可以持续实时感知获取模拟感知信号，这样，传感器实 时感知获取模拟感知信号；而对于热电偶传感器、应变传感器、力传感器等通常需要激励电压或提供电源才能工作的传感器，如果将无线监测装置工作的时间作为主要考虑因素，即 对于一些实时性要求不高的突发事件，例如，对于火警等情况，将休眠周期设置为10S，唤醒 周期设置为20mS，如果在休眠周期内发生火警，等到唤醒周期到时，传感器开始工作，感知 火警事件并通过无线方式将相关信息发送，对于监测中心的工作人员及时采取措施的影响 不大。因而，可以在供电的电源模块与传感器之间设置开关，例如，M0S管开关，在休眠周期， 关断M0S管开关，切断电源模块与传感器之间的电源通路；在唤醒周期，导通M0S管开关，导 通电源模块与传感器之间的电源通路，即设置休眠周期以及唤醒周期，在休眠周期，停止感 知；在唤醒周期，执行感知获取模拟感知信号的步骤，以延长无线监测装置工作的时间，这 样，传感器在预先设置的唤醒周期内实时感知获取模拟感知信号，在预先设置的休眠周期 内停止感知。步骤302，按照预先设定的滤波策略对获取的模拟感知信号进行滤波，如果接收到 第一触发信号，执行步骤303，如果接收到第二触发信号，执行步骤304 ；本步骤中，滤波策略根据配置的传感器采集对象确定，例如，对于配置的传感器采 集对象为地震的情况，由于地震的能量集中在低频段，因此，滤波策略就可以为低通滤波， 用以对低频以外的模拟感知信号进行滤波，以降低后续比较和计算的工作量，减少无线监 测装置的功耗。步骤303，将滤波的模拟感知信号进行A/D变换，形成数字采样信号，通过无线方 式发送；本步骤中，在形成数字采样信号后，可以按照预先设置的处理算法进行处理，获取 采样信号相关的物理量；根据采样信号相关的物理量以及预先设置的突发事件判断策略判 断是否为突发事件，如果确定为突发事件，产生第三触发信号，向A/D变换模块输出以控制 提高A/D变换模块的采样率，同时进行计时，在设置的采样时间到时，生成并输出第二触发信号。步骤304，将滤波的模拟感知信号电平值与预先设定的电平阈值进行比较，如果模 拟感知信号电平值大于预先设定的电平阈值，执行步骤305，否则，不作处理；步骤305，生成并输出第一触发信号，进行计时，在设置的采样时间到时，生成并输
出第二触发信号。本步骤中，第一触发信号用于控制将滤波的模拟感知信号进行A/D变换、处理以 及计算，获取采样信号相关的物理量等；第二触发信号用于控制将滤波的模拟感知信号进 行比较，以确定是否需要执行A/D变换、处理以及计算。第一触发信号、第二触发信号以及第三触发信号由CPU模块生成并输出，CPU模块 在生成第一触发信号后，将唤醒无线监测装置的各个相关部分，开始采集数据并进行处理、 分析和计算，在生成第三触发信号后，通知A/D变换模块提高采样率进行连续密集采集，并 通过无线方式发送；在生成第二触发信号后，将无线监测装置的各个相关部分置于休眠状 态。对于热电偶传感器等通常需要激励电压或提供电源才能工作的传感器，CPU模块 还可以根据预先设置的唤醒周期以及休眠周期，在唤醒周期内，控制传感器进行实时感知， 在休眠周期内，控制传感器停止感知。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
权利要求
一种实现远程无线监测的方法，其特征在于，该方法包括传感器实时感知获取模拟感知信号；滤波模块按照预先设定的滤波策略对获取的模拟感知信号进行滤波，当接收到第一触发信号时，将获取的模拟感知信号输出至A/D变换模块，当接收到第二触发信号或未接收到触发信号时，将获取的模拟感知信号输出至比较器；A/D变换模块将滤波的模拟感知信号进行A/D变换，形成数字采样信号；比较器将滤波的模拟感知信号电平值与预先设定的电平阈值进行比较，如果模拟感知信号电平值大于预先设定的电平阈值，向CPU模块输出触发信号；CPU模块接收比较器输出的触发信号，向滤波模块输出第一触发信号，接收A/D变换模块输出的数字采样信号，通过无线通信模块发送，并进行计时，在设置的采样时间到时，生成并向滤波模块输出第二触发信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收A/D变换模块输出的数字采样信号 的步骤进一步包括CPU模块按照预先设置的处理算法对接收的数字采样信号进行处理，获取采样信号相 关的物理量，如果确定为突发事件，执行所述通过无线通信模块发送的步骤，否则，向滤波 模块输出第二触发信号。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括CPU模块如果确定为突发事件， 向A/D变换模块输出第三触发信号；A/D变换模块在第三触发信号的控制下，按照预先的设定提高采样率，将滤波的模拟感 知信号进行A/D变换，形成数字采样信号。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据突发事件持续的时间和监控应用要求 设置所述采样时间。
5.一种实现远程无线监测的方法，其特征在于，该方法包括传感器在预先设置的唤醒周期内实时感知获取模拟感知信号，在预先设置的休眠周期 内停止感知；滤波模块按照预先设定的滤波策略对获取的模拟感知信号进行滤波，当接收到第一触 发信号时，将获取的模拟感知信号输出至A/D变换模块，当接收到第二触发信号或未接收 到触发信号时，将获取的模拟感知信号输出至比较器；A/D变换模块将滤波的模拟感知信号进行A/D变换，形成数字采样信号； 比较器将滤波的模拟感知信号电平值与预先设定的电平阈值进行比较，如果模拟感知 信号电平值大于预先设定的电平阈值，向CPU模块输出触发信号；CPU模块根据预先设置的唤醒周期以及休眠周期，在唤醒周期内，控制传感器进行实时 感知，在休眠周期内，控制传感器停止感知；接收比较器输出的触发信号，向滤波模块输出 第一触发信号，接收A/D变换模块输出的数字采样信号，通过无线通信模块发送，并进行计 时，在设置的采样时间到时，生成并向滤波模块输出第二触发信号。
6.一种无线监测装置，其特征在于，该装置包括传感器、滤波模块、比较器、A/D变换 模块、CPU模块、无线通信模块以及电源模块，其中，传感器，用于对待采集物进行感知，获取模拟感知信号，输出至滤波模块； 滤波模块，用于将传感器输出的模拟感知信号按照预先设定的滤波策略进行滤波，在接收到第一触发信号后，将滤波的模拟感知信号输出至A/D变换模块，在接收到第二触发 信号后，将滤波的模拟感知信号输出至比较器；比较器，用于接收滤波模块输出的模拟感知信号，与预先设定的电平阈值进行比较，在 模拟感知信号电平值大于预先设定的电平阈值时，向CPU模块输出触发信号；A/D变换模块，用于对接收的模拟感知信号进行A/D变换，形成数字采样信号，输出至 CPU模块；CPU模块，用于接收比较器输出的触发信号，向滤波模块输出第一触发信号；接收A/ D变换模块输出的数字采样信号，输出至无线通信模块，并进行计时，在设置的采样时间到 时，向滤波模块输出第二触发信号；无线通信模块，用于将CPU模块输出的信息通过无线方式发送；电源模块，用于为传感器、滤波模块、比较器、A/D变换模块、CPU模块以及无线通信模 块提供工作所需的工作电压。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述滤波模块为高通滤波器或带通滤波器， 所述装置进一步包括加法器，用于对传感器输出的模拟感知信号执行加法运算，将模拟感 知信号的电平值拉高到预先设定的电平值并输出至滤波模块。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述CPU模块进一步用于在接收A/D变换模 块输出的数字采样信号后，按照预先设置的处理算法对输入的数字采样信号进行处理，获 取采样信号相关的物理量，判断是否为突发事件，如果确定为突发事件，执行输出至无线通 信模块的流程，否则，向滤波模块输出第二触发信号。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述CPU模块进一步用于在确定为突发事件 后，向A/D变换模块输出第三触发信号；A/D变换模块在第三触发信号的控制下，按照预先的设定提高采样率，将滤波的模拟感 知信号进行A/D变换，形成数字采样信号。
10.如权利要求6至9任一项所述的装置，其特征在于，进一步包括数字可调电位器， 根据CPU模块预先设置的电平阈值参数，调节输出至比较器的电平阈值为CPU模块设置的 电平阈值参数对应的电压值。
11.如权利要求6至9任一项所述的装置，其特征在于，进一步包括捕获周期控制器， 用于接收CPU模块输出的第一触发信号，唤醒A/D变换模块、CPU模块以及无线通信模块进 入工作模式，接收CPU模块输出的第二触发信号，将A/D变换模块、CPU模块以及无线通信 模块置于休眠状态。
12.一种无线监测装置，其特征在于，该装置包括传感器、滤波模块、比较器、A/D变换 模块、CPU模块、无线通信模块以及电源模块，其中，传感器，用于在CPU模块的控制下，在预先设置的唤醒周期内对待采集物进行实时感 知，获取模拟感知信号，输出至滤波模块，在预先设置的休眠周期内停止感知；滤波模块，用于将传感器输出的模拟感知信号按照预先设定的滤波策略进行滤波，在 接收到第一触发信号后，将滤波的模拟感知信号输出至A/D变换模块，在接收到第二触发 信号后，将滤波的模拟感知信号输出至比较器；比较器，用于接收滤波模块输出的模拟感知信号，与预先设定的电平阈值进行比较，在 模拟感知信号电平值大于预先设定的电平阈值时，向CPU模块输出触发信号；A/D变换模块，用于对接收的模拟感知信号进行A/D变换，形成数字采样信号，输出至 CPU模块；CPU模块，用于根据预先设置的唤醒周期以及休眠周期，在唤醒周期内，控制传感器进 行实时感知，在休眠周期内，控制传感器停止感知；接收比较器输出的触发信号，向滤波模 块输出第一触发信号；接收A/D变换模块输出的数字采样信号，输出至无线通信模块，并进 行计时，在设置的采样时间到时，向滤波模块输出第二触发信号； 无线通信模块，用于将CPU模块输出的信息通过无线方式发送； 电源模块，用于为传感器、滤波模块、比较器、A/D变换模块、CPU模块以及无线通信模 块提供工作所需的工作电压。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，进一步包括设置在电源模块与传感器之 间的开关，所述CPU模块在唤醒周期内，导通电源模块与传感器之间的开关以控制传感器 进行实时感知，在休眠周期内，关断电源模块与传感器之间的开关以控制传感器停止感知。
全文摘要
本发明公开了一种实现远程无线监测的方法及无线监测装置。包括实时感知获取模拟感知信号；按照预先设定的滤波策略对获取的模拟感知信号进行滤波，当接收到第一触发信号时，将获取的模拟感知信号输出进行A/D变换，形成数字采样信号，通过无线通信模块发送，并进行计时，在设置的采样时间到时，生成并输出第二触发信号；当接收到第二触发信号或未接收到触发信号时，将获取的模拟感知信号电平值与预先设定的电平阈值进行比较，如果模拟感知信号电平值大于预先设定的电平阈值，触发输出第一触发信号。应用本发明，能够及时获取突发事件的相关信息，并能保障无线监测装置的工作时间。
文档编号H04W84/18GK101835178SQ20101013765
公开日2010年9月15日 申请日期2010年3月30日 优先权日2010年3月30日
发明者张俊辉, 欧建平, 沈唯真 申请人:北京必创科技有限公司