一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的微環(huán)境氣象參數(shù)采集系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子通信領(lǐng)域，涉及一種微環(huán)境氣象參數(shù)采集的系統(tǒng)與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)據(jù)采集技術(shù)和無線組網(wǎng)技術(shù)在信息技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域占有重要地位。而微環(huán)境氣象參數(shù)通過傳感網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)就是使用數(shù)據(jù)采集技術(shù)和無線組網(wǎng)技術(shù)的一種典型應(yīng)用。目前人們?nèi)找骊P(guān)心自己居住或辦公環(huán)境等特定場所環(huán)境的氣象參數(shù)(如溫度，濕度，Pm2.5濃度，光污染程度)。
[0003]目前微環(huán)境氣象參數(shù)測量還是以單點(diǎn)測量為主。如樓宇等辦公場所，僅停留在單點(diǎn)測量和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，無法提供多個(gè)房間間甚至或多層房間的綜合氣象參數(shù)測量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，和歷史數(shù)據(jù)檢索。無法為安居提供第一手的參考數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的微環(huán)境氣象參數(shù)采集系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法。所述系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)微環(huán)境氣象參數(shù)采集、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)檢索。利用本發(fā)明提供的系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)組建方法，不受環(huán)境限制，方便安裝并可以靈活地組建網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)微環(huán)境氣象參數(shù)的采集。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案。
[0006]—種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的微環(huán)境氣象參數(shù)采集系統(tǒng)，其特征在于，包括:微環(huán)境氣象參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)備，嵌入式無線傳感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，云端氣象參數(shù)數(shù)據(jù)服務(wù)器；
[0007]其中微環(huán)境氣象參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)備用于包括對溫度、濕度、氣體成分和顆粒物濃度的定時(shí)采集和匯總;通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到本系統(tǒng)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān);微環(huán)境氣象參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)備包括傳感器、CPU、存儲(chǔ)器、數(shù)字濾波器、人機(jī)交互按鍵和無線組網(wǎng)模塊；，其中存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)器程序、配置參數(shù)及測量結(jié)果數(shù)據(jù);數(shù)字濾波器用于濾除測量信號中的噪聲;無線組網(wǎng)模塊完成微環(huán)境下以無線方式自動(dòng)組建傳感網(wǎng)絡(luò)并完成數(shù)據(jù)的傳遞；
[0008]嵌入式無線傳感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)將多個(gè)微環(huán)境氣象參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)備采集到的氣象參數(shù)據(jù)匯總和完成本地存儲(chǔ)，借助GPRS模塊將數(shù)據(jù)定時(shí)上傳到云端氣象參數(shù)數(shù)據(jù)服務(wù)器;云端氣象參數(shù)數(shù)據(jù)服務(wù)器:完成數(shù)據(jù)的匯總和存儲(chǔ)，提供數(shù)據(jù)檢索和數(shù)據(jù)分析結(jié)果的顯示。
[0009]利用所述系統(tǒng)對微環(huán)境氣象參數(shù)采集的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0010]步驟I，組建傳感網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；
[0011]步驟2，通過嵌入式無線傳感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備檢測入網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量；；
[0012]步驟3，微環(huán)境氣象參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)備采集環(huán)境參數(shù)；
[0013]步驟4，通過嵌入式無線傳感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備匯總節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并上傳到云端服務(wù)器；
[0014]步驟5，云端服務(wù)器完成數(shù)據(jù)的匯總、處理和存儲(chǔ)。
[0015]客戶端通過APP或者瀏覽器檢索實(shí)時(shí)和歷史氣象參數(shù)數(shù)據(jù)。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0017]1.靈活方便的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。以短距離組網(wǎng)方式完成微環(huán)境的組網(wǎng)，以物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)介入到互聯(lián)網(wǎng)。
[0018]2方便的數(shù)據(jù)檢索方法。使用移動(dòng)終端以APP或?yàn)g覽器方式，可以通過直觀的圖形顯示或數(shù)據(jù)庫檢索方式，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，檢索歷史數(shù)據(jù)，為出行和安居提供氣象數(shù)據(jù)的參考依據(jù)。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明所述系統(tǒng)的組成框圖；
[0020]圖2為本發(fā)明實(shí)施用例采用的嵌入式數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)組成框圖；
[0021]圖3為本發(fā)明實(shí)施用例采用的嵌入式短距離無線傳感網(wǎng)關(guān)組成框圖；
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0023]本發(fā)明所述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括:嵌入式數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)I，短距離無線傳感網(wǎng)關(guān)2，云端服務(wù)器模塊3，移動(dòng)終端顯示器4。其中，
[0024]數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)1:用于完成數(shù)據(jù)采集，自動(dòng)組網(wǎng)，通過所組建的無線傳感網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)蕉叹嚯x無線傳感網(wǎng)關(guān)2，用于原始?xì)庀髤?shù)數(shù)據(jù)的匯總。本實(shí)施例的數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)I采用嵌入式結(jié)構(gòu)，組成如圖2所示，由單片機(jī)最小系統(tǒng)11、傳感器模塊12、1/0接口模塊13、無線傳感網(wǎng)絡(luò)單元模塊14、本地通信接口 15等組成。單片機(jī)最小系統(tǒng)11選用Cortex系列CPU及其附屬最小工作系統(tǒng)，如STM32。傳感器模塊12用于采集氣象參數(shù)，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，傳遞給嵌入式最小系統(tǒng)11。I/O接口模塊13用于外接按鍵和指示燈，完成本地的設(shè)置和狀態(tài)指示。無線傳感網(wǎng)絡(luò)單元模塊14用于組建無線傳感網(wǎng)絡(luò)，可以選擇ZigBee通信模塊，來實(shí)現(xiàn)自組網(wǎng)功能。本地通信接口 15用于本地的管理，如程序下載，自檢和狀態(tài)查詢顯示。
[0025]短距離無線傳感網(wǎng)關(guān)2:與數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)I的無線傳感網(wǎng)絡(luò)單元模塊組建傳感網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)接收節(jié)點(diǎn)所采集到的氣象參數(shù)數(shù)據(jù)。完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和本地的人機(jī)交互功能。借助無線通信模塊將數(shù)據(jù)定時(shí)上傳到云端氣象參數(shù)數(shù)據(jù)服務(wù)器。本實(shí)施例的控制模塊I采用嵌入式結(jié)構(gòu)，組成如圖3所示，由嵌入式CPU21、人機(jī)交互接口模塊22、存儲(chǔ)器23、無線傳感網(wǎng)絡(luò)單元模塊24、顯示單元25、GP10復(fù)用接口 26、無線傳輸單元模塊27等組成。嵌入式CPU21選用ARM系列CPU，如S5pv210。存儲(chǔ)器23用于存儲(chǔ)器程序、配置參數(shù)及測量結(jié)果數(shù)據(jù)。無線傳輸單元模塊27完成數(shù)據(jù)上傳的到云端服務(wù)器模塊，可選用W1-Fi通信模塊。
[0026]利用所述系統(tǒng)對微環(huán)境氣象參數(shù)采集的方法包括以下步驟:
[0027]步驟I，配置本發(fā)明所述系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)。
[0028]步驟1.1，依據(jù)測量環(huán)境參數(shù)(溫度，濕度，顆粒濃度，光照，風(fēng)速，風(fēng)向，大氣壓強(qiáng)等)，選擇對應(yīng)傳感器模塊12，連接到單片機(jī)最小系統(tǒng)11。
[0029]步驟1.2，配置傳感網(wǎng)絡(luò)參數(shù):接通數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)I電源，使用I/O接口模塊13外置按鍵設(shè)置數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)I的傳感網(wǎng)絡(luò)工作頻段和數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔。
[0030]步驟1.3，接通數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)I電源，使用I/O接口模塊13外置按鍵啟動(dòng)自檢功能，當(dāng)使用I/O接口模塊13外接自檢狀態(tài)指示燈亮起時(shí)表示自檢通過。自檢通過后，數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)I進(jìn)入自動(dòng)組網(wǎng)模式，等待短距離無線傳感網(wǎng)關(guān)2發(fā)出的組網(wǎng)命令，加入本地?zé)o線傳感網(wǎng)絡(luò)。
[0031]步驟2，配置本發(fā)明所述系統(tǒng)的短距離無線傳感網(wǎng)關(guān)。
[0032]步驟2.1，配置傳感網(wǎng)絡(luò)參數(shù):短距離無線傳感網(wǎng)關(guān)2，人機(jī)交互接口模塊22外置按鍵設(shè)置傳感網(wǎng)絡(luò)工作頻段和數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔。
[0033]步驟2.2，接通短距離無線傳感網(wǎng)關(guān)2電源，人機(jī)交互接口模塊22外置按鍵啟動(dòng)自檢功能，當(dāng)人機(jī)交互接口模塊22外接自檢狀態(tài)指示燈亮起時(shí)表示自檢通過。自檢通過后，短距離無線傳感網(wǎng)關(guān)2發(fā)出的組網(wǎng)命令，發(fā)現(xiàn)并將本地?cái)?shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)加入無線傳感網(wǎng)絡(luò)。
[0034]步驟2.3，使用人機(jī)交互接口模塊22外置按鍵配合顯示單元25，顯示當(dāng)前所有已經(jīng)加入到無線傳感網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)I的狀態(tài)信息。依據(jù)顯示內(nèi)容調(diào)整數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)I的傳感器模塊12和數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)I的安裝位置，確保無線傳感網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)可以正常工作和能夠正常加入到無線傳感網(wǎng)絡(luò)。
[0035]驟2.4，接通短距離無線傳感網(wǎng)關(guān)2電源，使用人機(jī)交互接口模塊22外置按鍵配合顯示單元25，顯示無線傳輸模塊27的狀態(tài)信息。依據(jù)顯示內(nèi)容配置無線傳輸模塊27網(wǎng)絡(luò)信息以及本地通信速率，確保無線傳輸模塊27能夠加入到云端服務(wù)器模塊3，并且可以實(shí)現(xiàn)正常數(shù)據(jù)傳輸。
[0036]步驟3，配置本發(fā)明所述系統(tǒng)的云端服務(wù)器。
[0037]步驟3.1，選擇云端服務(wù)器:云端服務(wù)器3可以選擇目前較為流行的通用平臺(tái)(如YeeLink物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，樂聯(lián)網(wǎng)公共平臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái))或自行設(shè)計(jì)云平臺(tái)。
[0038]步驟3.2，配置無線網(wǎng)絡(luò)參數(shù):配置傳感網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，使得云端服務(wù)器3可以正常工作。
[0039]步驟3.3，配置云端服務(wù)器:
[0040]步驟3.3.1，分配配置云端服務(wù)器資源，將多個(gè)短距離無線傳感網(wǎng)關(guān)2接入到云端服務(wù)器3。依據(jù)接入情況，調(diào)整短距離無線傳感網(wǎng)關(guān)2的安裝位置，確保所有短距離無線傳感網(wǎng)關(guān)2接入到云端服務(wù)器2。
[0041 ]步驟3.3.2，設(shè)置云端服務(wù)器數(shù)據(jù)格式。依據(jù)數(shù)據(jù)類型，設(shè)置云端服務(wù)器3采集到的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)顯示格式可以是數(shù)值，圖表等格式。
[0042]步驟4，無線傳感網(wǎng)絡(luò)的微環(huán)境氣象參數(shù)采集系統(tǒng)使用流程。
[0043]步驟4.1，啟動(dòng)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的微環(huán)境氣象參數(shù)采集系統(tǒng)，使之正常工作。
[0044]步驟4.2，使用移動(dòng)終端4，通過瀏覽器或自行設(shè)計(jì)的APP，訪問云端服務(wù)器3，完成對微環(huán)境氣象參數(shù)數(shù)據(jù)的瀏覽和歷史數(shù)據(jù)的檢索。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的微環(huán)境氣象參數(shù)采集系統(tǒng)，其特征在于，包括:微環(huán)境氣象參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)備，嵌入式無線傳感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，云端氣象參數(shù)數(shù)據(jù)服務(wù)器； 其中微環(huán)境氣象參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)備用于包括對溫度、濕度、氣體成分和顆粒物濃度的定時(shí)采集和匯總;通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到本系統(tǒng)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān);微環(huán)境氣象參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)備包括傳感器、CPU、存儲(chǔ)器、數(shù)字濾波器、人機(jī)交互按鍵和無線組網(wǎng)模塊；，其中存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)器程序、配置參數(shù)及測量結(jié)果數(shù)據(jù);數(shù)字濾波器用于濾除測量信號中的噪聲；無線組網(wǎng)模塊完成微環(huán)境下以無線方式自動(dòng)組建傳感網(wǎng)絡(luò)并完成數(shù)據(jù)的傳遞； 嵌入式無線傳感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)將多個(gè)微環(huán)境氣象參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)備采集到的氣象參數(shù)據(jù)匯總和完成本地存儲(chǔ)，借助GPRS模塊將數(shù)據(jù)定時(shí)上傳到云端氣象參數(shù)數(shù)據(jù)服務(wù)器;云端氣象參數(shù)數(shù)據(jù)服務(wù)器:完成數(shù)據(jù)的匯總和存儲(chǔ)，提供數(shù)據(jù)檢索和數(shù)據(jù)分析結(jié)果的顯示。2.利用如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)對微環(huán)境氣象參數(shù)采集的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟I，組建傳感網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)； 步驟2，通過嵌入式無線傳感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備檢測入網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量；； 步驟3，微環(huán)境氣象參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)備采集環(huán)境參數(shù)； 步驟4，通過嵌入式無線傳感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備匯總節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并上傳到云端服務(wù)器； 步驟5，云端服務(wù)器完成數(shù)據(jù)的匯總、處理和存儲(chǔ)。
【專利摘要】一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的微環(huán)境氣象參數(shù)采集系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法屬于電子通信領(lǐng)域。其特征在于，包括：微環(huán)境氣象參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)備，嵌入式無線傳感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，云端氣象參數(shù)數(shù)據(jù)服務(wù)器；其中微環(huán)境氣象參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)備用于包括對溫度、濕度、氣體成分和顆粒物濃度的定時(shí)采集和匯總；通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到本系統(tǒng)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)；網(wǎng)關(guān)借助GPRS模塊將數(shù)據(jù)定時(shí)上傳到云端氣象參數(shù)數(shù)據(jù)服務(wù)器；云端氣象參數(shù)數(shù)據(jù)服務(wù)器：完成數(shù)據(jù)的匯總和存儲(chǔ)，提供數(shù)據(jù)檢索和數(shù)據(jù)分析結(jié)果的顯示。
【IPC分類】H04W4/00, G01W1/02
【公開號】CN105607152
【申請?zhí)枴緾N201610029633
【發(fā)明人】姜余祥, 楊萍, 田景文, 張熙峰, 焦孟科, 章紅健
【申請人】北京聯(lián)合大學(xué)
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年1月18日