一种传感器分时开闭的控制方法和传感器节点的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种应用于无线传感器网络的基于传感器分时开闭的控制方法和传感器节点，预先将所有传感器分为K组，每组的总工作电流均小于电源模块额定电流，为每个传感器设置一个对应的定时器，传感器节点每次数据上报结束后，处理器模块根据下一次数据上报时刻和各传感器的响应时间来设置传感器和电源模块的连接时刻和断开时刻，定时器计时达到电源连接时刻时，传感器与电源模块连接，达到断开时刻时，传感器与电源模块断开。本发明根据不同类型传感器的响应时间来分时开启传感器，从而节约电量。
【专利说明】一种传感器分时开闭的控制方法和传感器节点
【技术领域】
[0001]本发明属于无线传感器网络【技术领域】，更为具体地讲，涉及一种传感器分时开闭的控制方法和传感器节点。 【背景技术】
[0002]一般情况下，传感器以充电电池、碱性电池等提供电量。在很多应用场景中，电池充电或者更换并不是件容易的事情。因此，在设计传感器和组建无线传感器网络时，都应该在满足应用需求的前提下，尽可能降低传感器的能量消耗，延长一次充电或更换电池后的工作时间。
[0003]传感器节点是无线传感器网络的基本功能单元。图1是传感器节点的结构示意图。如图1所示，传感器节点的基本组成模块包括:传感器模块、处理器模块、通信模块以及电源模块，其中传感器模块通常包括多个不同类型的传感器，用于采集传感数据，处理器模块是传感器节点的核心模块，用于设备控制、任务分配与调度、传感数据处理等，通信模块用于实现服务器和传感器节点以及传感器节点之间的数据通信和控制通信。不同类型的传感器的响应时间(即从上电开始到获得稳定的传感数据的时间)差别很大。例如二氧化碳浓度传感器的响应时间在5到10分钟，而光照传感器的响应时间则低于I秒。
[0004]在物联网应用中，在部分场景中，服务器需要定期采集多个传感器节点的数据。由于需要保证所有传感器都输出稳定的传感数据，如果电源模块同时给多个传感器一起供电，则供电时间需要按照最大响应时间的传感器来进行设置，这样就会造成其他响应时间较短的传感器浪费宝贵的电池电量。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种传感器分时开闭的控制方法和传感器节点，根据不同类型传感器的响应时间来分时开闭传感器，从而节约电量。
[0006]为实现上述发明目的，本发明传感器分时开闭的控制方法包括以下步骤:预先将所有传感器分为K组，每组的总工作电流均小于电源模块额定电流，为每个传感器设置一个对应的定时器，传感器节点每次数据上报结束后，处理器模块设置传感器和电源模块的
连接时刻为+d I，断开时刻为τ-Σα+4，其中τ表不传感器节点下一次数
s=ks=k
据上报时刻，tn表示第η个传感器的响应时间，η的取值范围为η = 1，2，…，N,N表示传感器的数量，dk表示第η个传感器所在分组k中所有传感器的最大响应时间，k的取值范围为η = 1，2，…，K ;定时器计时达到电源连接时刻时，传感器与电源模块连接，达到断开时刻时，传感器与电源模块断开。
[0007]本发明还提供了一种传感器分时开闭的传感器节点，包括传感器模块、处理器模块、通信模块和电源模块，传感器模块包括I个以上类型的传感器，用于采集传感数据并发送给处理器模块，处理器模块对传感数据进行处理后通过通信模块发送，电源模块向传感器模块、处理器模块和通信模块供电，传感器预先被分为K组，每组的总工作电流均小于电源模块额定电流，每个传感器设置有定时器开关，用于控制电源模块和传感器之间供电电路的断开与连通；
[0008]传感器节点每次数据上报结束后，处理器模块分别向各个定时器开关发送信号设置闭合时刻和断开时刻，第η个传感器对应的定时器开关的连接时刻为T -Σds +dk -tn，
断开时刻为T -Σds +dk -tn，其中T表不传感器节点下一次数据上报时刻,tn表不第η个传感
器的响应时间，η的取值范围为η = 1，2，…，N, N表不传感器的数量，dk表不第η个传感器所在分组k中所有传感器的最大响应时间，k的取值范围为η = 1，2，...，!(；定时器开关的计时达到连接时刻时，开关闭合，达到断开时刻时，开关断开。
[0009]进一步地，通信模块与电源模块之间设置有定时器开关，传感器节点每次数据上报结束后，处理器模块向该定时器开关发送信号设置连接时刻为Τ-ρ，P表示通信模块的响应时间；定时器开关的计时达到连接时刻时，开关闭合，通信模块完成数据上报后即断开定时器开关。
[0010]进一步地，传感器节点每次数据上报结束后，处理器模块设置自身的K个激活时亥Ij，第k个激活时刻为T -Σds +dk -tn其中q表示处理器模块激活所需要的时间，h表
示处理器模块接收传感器数据所需时间，然后进入休眠；前1(-1次激活后，处理器模块在接收完传感器数据之后即进入休眠，最后第K次激活后，处理器模块需对各模块设置完毕后再进入休眠。
[0011]本发明传感器分时开闭的控制方法和传感器节点，预先将所有传感器分为K组，每组的总工作电流均小于电源模块额定电流，为每个传感器设置一个对应的定时器，传感器节点每次数据上报结束后，处理器模块根据下一次数据上报时刻和各传感器的响应时间来设置传感器和电源模块的连接时刻和断开时刻，定时器计时达到电源连接时刻时，传感器与电源模块连接，达到断开时刻时，传感器与电源模块断开。
[0012]本发明具有以下有益效果:
[0013](I)将传感器进行分组后进行分时开闭，使同时接入电源的传感器的总工作电流小于电源模块额定电流，保证传感器的正常工作和电源模块安全；
[0014](2)处理器模块根据下一次数据上报时刻和各传感器的响应时间来设置各传感器与电源模块的连接时刻和断开时刻，在保证各个传感器正常采集传感数据的同时能够尽可能少的消耗电池电量，可以避免传感器同时开启而带来的电池电量浪费问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是传感器节点的结构示意图。；
[0016]图2是本发明传感器分时开闭的控制方法的一种【具体实施方式】流程图；
[0017]图3是图2所示控制方法中连接时刻和断开时刻的时间轴示意图；
[0018]图4是本发明传感器分时开闭的传感器节点的一种【具体实施方式】结构图。【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
[0020]实施例
[0021]图2是本发明传感器分时开闭的控制方法的一种【具体实施方式】流程图。如图2所示，本发明传感器分时开闭的控制方法包括以下步骤:
[0022]S201:传感器分组:预先将所有传感器分为K组，每组的总工作电流均小于电源模块额定电流。该步骤是为了防止传感器模块中传感器规模太大，总工作电流超过电源模块的额定电源，从而为电源模块造成损害，同时也保证了各传感器的正常工作。
[0023]S202:为每个传感器设置一个对应的定时器，传感器节点每次数据上报结束
后，处理器模块设置传感器和电源模块的连接时刻为T-jy、+dk-t?，断开时刻为+^i，其中T表不传感器节点下一次数据上报时刻，tn表不第η个传感器的响应
s—k
时间，η的取值范围为η = 1，2，…，N, N表示传感器的数量，dk表示第η个传感器所在分组k中所有传感器的最大响应时间，k的取值范围为η = 1，2，…，K。
[0024]图3是图2所示控制方法中连接时刻和断开时刻的时间轴示意图。如图3所示，本实施例中将传感器分为了 3组，每个分组中所有传感器的最大响应时间分别为C^dyd3t5传感器节点下一次数据上报时刻T可以采用两种方式确定，如果传感器节点设置有数据上报周期，则根据数据上报周期即可计算出下一次数据上报时刻，或者可以根据用户设置来得到。本发明中，要求每组传感器中的传感器在同一时刻能够得到传感数据并发送给处理
器模块。以第I组传感器为例，发送传感数据的截止时刻为^ =r-J2-=+d,。
那么对于第I组传感器中的传感器η,其与电源模块的连接时刻为+d「tn。可见对
于第I组传感器中的最大响应时间的传感器，其连接时刻为A =T-^ds。
?=1
[0025]S203:定时器持续计时。
[0026]S204:判断各传感器对应的定时器计时是否达到连接时刻，如果未达到，则返回S203继续计时，如果达到，进入步骤S205 ；
[0027]S205:传感器与电源模块连接，开始上电，上电完毕后开始采集传感数据并发送给处理器模块，进入步骤S206继续计时。
[0028]S206:定时器持续计时。
[0029]S207:判断各传感器 对应的定时器计时是否达到断开时刻，如果未达到，则返回S206继续计时，如果达到，进入步骤S208。
[0030]S208:传感器与电源模块断开，返回步骤S202等待本次数据上报结束后处理器模块设置下一次的连接时刻和断开时刻。
[0031]本发明还基于传感器分时开闭的控制方法，提出了一种传感器分时开闭的传感器节点。图4是本发明传感器分时开闭的传感器节点的一种【具体实施方式】结构图。如图4所示，本发明传感器分时开闭的传感器节点包括传感器模块、处理器模块、通信模块以及电源模块，传感器模块包括I个以上类型的传感器。本实施例中，电源模块为12V的外部直流电源，每个传感器配置有一个直流变压器使电压转换为传感器对应的工作电压。传感器预先被分为K组(本实施例中为3组)，每组的总工作电流均小于电源模块额定电流，每个传感器设置有定时器开关，用于控制电源模块和传感器之间供电电路的断开与连通。
[0032]传感器节点每次数据上报结束后，处理器模块分别向各个定时器开关发送信号设
置闭合时刻和断开时刻，第η个传感器对应的定时器开关的连接时刻为T — + dk -tn，
断开时刻为T-^ds +dk，其中T表不传感器节点下一次数据上报时刻,tn表不第η个传感
器的响应时间，η的取值范围为η = 1，2，…，N, N表不传感器的数量，dk表不第η个传感器所在分组k中所有传感器的最大响应时间，k的取值范围为η = 1，2，...，!(；定时器开关的计时达到连接时刻时，开关闭合，达到断开时刻时，开关断开。
[0033]为了达到更好的节能效果，还可以对通信模块和处理器模块采用相似的管理方式:
[0034]对于通信模块，优选方式为:在通信模块与电源模块之间也设置定时器开关，传感器节点每次数据上报结束后，处理器模块向该定时器开关发送信号设置连接时刻为Τ-ρ，P表示通信模块的响应时间；定时器开关的计时达到连接时刻时，开关闭合，通信模块完成数据上报后即断开定时器开关。由于通信模块在所有传感器分组均采集完毕后才工作，因此直接按照下一次数据上报时刻来确定通信模块的上电时刻。
[0035]对于处理器模块，优选方式为:传感器节点每次数据上报结束后，处理器模块设置自身的K个激活时刻，第k个激活时刻为 - + 1- g A，其中q表示处理器模块激活
s-k
所需要的时间，h表示处理器模块接收传感器数据所需时间，然后进入休眠。这时由于处理器模块要接收来自传感器的传感数据，因此处理器激活时刻是按照每组传感器的传感数据采集完毕后与电源模块的断开时刻来确定的。前K-1次激活后，处理器模块在接收完传感器数据之后即进入休眠，最后第K次激活后，处理器模块需对各模块设置完毕后再进入休眠。
[0036]尽管上面对本发明说明性的【具体实施方式】进行了描述，以便于本【技术领域】的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于【具体实施方式】的范围，对本【技术领域】的普通技术人员来讲，只要各种 变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
【权利要求】
1.一种传感器分时开闭的控制方法，其特征在于，包括以下步骤:预先将所有传感器分为K组，每组的总工作电流均小于电源模块额定电流，为每个传感器设置一个对应的定时器，传感器节点每次数据上报结束后，处理器模块设置传感器和电源模块的连接时刻为
2.—种传感器分时开闭的传感器节点，包括传感器模块、处理器模块、通信模块和电源模块，传感器模块包括I个以上类型的传感器，用于采集传感数据并发送给处理器模块，处理器模块对传感数据进行处理后通过通信模块发送，电源模块向传感器模块、处理器模块和通信模块供电，其特征在于，传感器预先被分为K组，每组的总工作电流均小于电源模块额定电流，每个传感器设置有定时器开关，用于控制电源模块和传感器之间供电电路的断开与连通； 传感器节点每次数据上报结束后，处理器模块分别向各个定时器开关发送信号设置闭合时刻和断开时刻，第η个传感器对应的定时器开关的连接时刻为
3.根据权利要求1所述的传感器节点，其特征在于，所述通信模块与电源模块之间设置有定时器开关，传感器节点每次数据上报结束后，处理器模块向该定时器开关发送信号设置连接时刻为Τ-ρ，其中P表示通信模块的响应时间；定时器开关的计时达到连接时刻时，开关闭合，通信模块完成数据上报后即断开定时器开关。
4.根据权利要求2所述的传感器节点，其特征在于，所述传感器节点每次数据上报结束后，处理器模块设置自身的K个激活时刻，第k个激活时刻为
【文档编号】H04W52/02GK103945511SQ201410140430
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月9日 优先权日:2014年4月9日
【发明者】周开宇, 徐世中 申请人:周开宇, 徐世中