本發(fā)明涉及一種環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體是一種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在日常生活中經(jīng)常需要對(duì)環(huán)境、交通及各種工農(nóng)業(yè)設(shè)施進(jìn)行檢測(cè)、控制等。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)往往是中央站嵌入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過(guò)有線傳輸或人工定期讀卡的方式完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集。從技術(shù)的角度看，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常存在以下幾個(gè)問(wèn)題：1、傳感器硬件放置之前要精確設(shè)定，需要基礎(chǔ)設(shè)施的輔助設(shè)備，如電纜等；2、主要通過(guò)收集局部環(huán)境的精度了解整體環(huán)境的狀況；3、在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)大量盲區(qū)，同時(shí)傳感設(shè)備特別容易受外界環(huán)境的影響而產(chǎn)生采集誤差；4監(jiān)測(cè)區(qū)發(fā)生環(huán)境突變時(shí)，設(shè)備難以及時(shí)監(jiān)測(cè)到異常，因此系統(tǒng)靈敏性差、穩(wěn)定度低以及準(zhǔn)確性都比較差；5、若傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，檢測(cè)區(qū)域的數(shù)據(jù)將無(wú)法發(fā)送給監(jiān)控終端，因此網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)性差。

針對(duì)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所存在的問(wèn)題，采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)構(gòu)建監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠利用其技術(shù)優(yōu)勢(shì)來(lái)滿足異常事件自動(dòng)監(jiān)測(cè)的需求，并能有效解決傳統(tǒng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，其優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在：1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自組織特性使得系統(tǒng)組建不需要額外的硬件設(shè)施支持，微型化的監(jiān)測(cè)設(shè)備更易安裝，不必進(jìn)行架設(shè)或大面積切割路面，因此，施工要比傳統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)更加容易；2、無(wú)線通信方式減少了布線的投入，降低了維護(hù)和維修的難度，增加了通信的靈活性，監(jiān)測(cè)設(shè)備的廉價(jià)性使得大面積布設(shè)成為可能，增加了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性；3、節(jié)點(diǎn)集成多種類(lèi)型的傳感器，使得同時(shí)采集多個(gè)事件特征數(shù)據(jù)成為可能，大大縮短了數(shù)據(jù)采集時(shí)間；4、開(kāi)放式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)的自組織特性，使新的節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)加入，而失效節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)刪除，不對(duì)原有系統(tǒng)造成影響。因此，基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有較好的擴(kuò)展性和靈活性；5、傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)發(fā)現(xiàn)、定位及目標(biāo)跟蹤技術(shù)，能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)發(fā)生的諸如火災(zāi)等異常事件進(jìn)行快速、精確的定位，可以縮短救援時(shí)間，減少損失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以解決傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代要求，帶來(lái)諸多問(wèn)題。而國(guó)內(nèi)的水平相對(duì)國(guó)外落后，在節(jié)點(diǎn)上的研究較多，缺少對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的創(chuàng)新性研究，尤其是在算法協(xié)議上；網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)往往是靠電池供電。當(dāng)節(jié)點(diǎn)的電池能量耗盡時(shí)，節(jié)點(diǎn)便不能再繼續(xù)工作；本發(fā)明可以有效地減少網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點(diǎn)的能耗消耗，控制傳輸功率，并延長(zhǎng)整個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的壽命并且可以滿足加密傳輸數(shù)據(jù)的需求。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要包括：用戶端、任務(wù)管理中心、互聯(lián)網(wǎng)和衛(wèi)星、匯聚網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)區(qū)域、傳感器節(jié)點(diǎn)，所述用戶端與任務(wù)管理中心連接，所述任務(wù)管理中心與互聯(lián)網(wǎng)和衛(wèi)星連接，所述互聯(lián)網(wǎng)和衛(wèi)星與匯聚網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)連接，所述匯聚網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與監(jiān)測(cè)區(qū)域，所述監(jiān)測(cè)區(qū)域與傳感器節(jié)點(diǎn)連接。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述用戶端進(jìn)一步主要包括：微處理器、數(shù)據(jù)交換接口、USB接口、復(fù)位按鍵、顯示設(shè)備，其中微處理器采用Intel架構(gòu)及Windows操作系統(tǒng)，所述Intel架構(gòu)為兼容X64的ARM 920T內(nèi)核，所述Windows操作系統(tǒng)中移植Velocity接口和循環(huán)算法，所述數(shù)據(jù)交換接口為基于IGES的數(shù)據(jù)交換接口，所述USB接口為基于PL2303的USB接口，所述復(fù)位按鍵采用剪刀腳結(jié)構(gòu)的按鍵。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述任務(wù)管理中心為基于CAN總線的I/O服務(wù)模塊，其中CAN總線采用改良MCP2515控制器，改良MCP2515控制器主要包括8個(gè)28字節(jié)發(fā)送緩沖器、8個(gè)28字節(jié)接收緩沖器、16個(gè)128字節(jié)接收過(guò)濾器和8個(gè)64字節(jié)接收過(guò)濾屏蔽器，工作電壓為1.5V，工作電流為2mA，時(shí)鐘脈沖頻率為120MHz。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述互聯(lián)網(wǎng)和衛(wèi)星為數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊和以太網(wǎng)控制器，其中以太網(wǎng)控制器主要包括PHY接口管理模塊、流量控制模塊、LAN端口交換芯片、衛(wèi)星通訊模塊，其中LAN端口交換芯片主要包括PLC電路、LAN端口和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述匯聚網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)為各匯聚網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)配備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，將獲得的數(shù)據(jù)和信息加密后傳至用戶端中，加密采用非對(duì)稱(chēng)加密算法，所對(duì)應(yīng)的云計(jì)算系統(tǒng)中采用了異步響應(yīng)技術(shù)。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述傳感器節(jié)點(diǎn)具有收集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和無(wú)線通信功能，其傳感單元，對(duì)相應(yīng)的參數(shù)(溫度、濕度)進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)這個(gè)有大量節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)以無(wú)線方式傳送到匯聚網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述傳感器節(jié)點(diǎn)無(wú)線傳感器采用Ad-ATMA算法。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，智能化管理，1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自組織特性使得系統(tǒng)組建不需要額外的硬件設(shè)施支持，微型化的監(jiān)測(cè)設(shè)備更易安裝，不必進(jìn)行架設(shè)或大面積切割路面，因此，施工要比傳統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)更加容易；2、無(wú)線通信方式減少了布線的投入，降低了維護(hù)和維修的難度，增加了通信的靈活性，監(jiān)測(cè)設(shè)備的廉價(jià)性使得大面積布設(shè)成為可能，增加了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性；3、節(jié)點(diǎn)集成多種類(lèi)型的傳感器，使得同時(shí)采集多個(gè)事件特征數(shù)據(jù)成為可能，大大縮短了數(shù)據(jù)采集時(shí)間；4、開(kāi)放式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)的自組織特性，使新的節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)加入，而失效節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)刪除，不對(duì)原有系統(tǒng)造成影響；因此，基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有較好的擴(kuò)展性和靈活性；5、傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)發(fā)現(xiàn)、定位及目標(biāo)跟蹤技術(shù)，能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)發(fā)生的諸如火災(zāi)等異常事件進(jìn)行快速、精確的定位，可以縮短救援時(shí)間，減少損失。

說(shuō)明書(shū)附圖

圖1為本發(fā)明的工作原理。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本專(zhuān)利的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。

一種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要包括：用戶端、任務(wù)管理中心、互聯(lián)網(wǎng)和衛(wèi)星、匯聚網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)區(qū)域、傳感器節(jié)點(diǎn)，所述用戶端與任務(wù)管理中心連接，所述任務(wù)管理中心與互聯(lián)網(wǎng)和衛(wèi)星連接，所述互聯(lián)網(wǎng)和衛(wèi)星與匯聚網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)連接，所述匯聚網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與監(jiān)測(cè)區(qū)域，所述監(jiān)測(cè)區(qū)域與傳感器節(jié)點(diǎn)連接。

所述用戶端進(jìn)一步主要包括：微處理器、數(shù)據(jù)交換接口、USB接口、復(fù)位按鍵、顯示設(shè)備，其中微處理器采用Intel架構(gòu)及Windows操作系統(tǒng)，所述Intel架構(gòu)為兼容X64的ARM 920T內(nèi)核，所述Windows操作系統(tǒng)中移植Velocity接口和循環(huán)算法，所述數(shù)據(jù)交換接口為基于IGES的數(shù)據(jù)交換接口，所述USB接口為基于PL2303的USB接口，所述復(fù)位按鍵采用剪刀腳結(jié)構(gòu)的按鍵。

所述任務(wù)管理中心為基于CAN總線的I/O服務(wù)模塊，其中CAN總線采用改良MCP2515控制器，改良MCP2515控制器主要包括8個(gè)28字節(jié)發(fā)送緩沖器、8個(gè)28字節(jié)接收緩沖器、16個(gè)128字節(jié)接收過(guò)濾器和8個(gè)64字節(jié)接收過(guò)濾屏蔽器，工作電壓為1.5V，工作電流為2mA，時(shí)鐘脈沖頻率為120MHz。

所述互聯(lián)網(wǎng)和衛(wèi)星為數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊和以太網(wǎng)控制器，其中以太網(wǎng)控制器主要包括PHY接口管理模塊、流量控制模塊、LAN端口交換芯片、衛(wèi)星通訊模塊，其中LAN端口交換芯片主要包括PLC電路、LAN端口和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊。

所述匯聚網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)為各匯聚網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)配備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，將獲得的數(shù)據(jù)和信息加密后傳至用戶端中，加密采用非對(duì)稱(chēng)加密算法，所對(duì)應(yīng)的云計(jì)算系統(tǒng)中采用了異步響應(yīng)技術(shù)。

所述傳感器節(jié)點(diǎn)具有收集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和無(wú)線通信功能，其傳感單元，對(duì)相應(yīng)的參數(shù)(溫度、濕度)進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)這個(gè)有大量節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)以無(wú)線方式傳送到匯聚網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理。

所述傳感器節(jié)點(diǎn)無(wú)線傳感器采用Ad-ATMA算法。

工作原理：

使用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為環(huán)境監(jiān)測(cè)的手段，可以實(shí)時(shí)的得到被測(cè)區(qū)域的詳細(xì)信息，測(cè)試頻率可以人為設(shè)置，無(wú)需值守。而傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)手段，往往依靠體型巨大的設(shè)備，價(jià)格高，設(shè)置不方便，并且難以移動(dòng)。通過(guò)使用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以節(jié)省大量人力和物力，同時(shí)得到非常精確細(xì)致的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，例如可以監(jiān)測(cè)被測(cè)量每分鐘的變化情況，有助于從微觀角度來(lái)分析和思考被測(cè)對(duì)象的特征。

使用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為環(huán)境監(jiān)測(cè)的手段，可以實(shí)時(shí)的得到被測(cè)區(qū)域的詳細(xì)信息，測(cè)試頻率可以人為設(shè)置，無(wú)需值守。而傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)手段，往往依靠體型巨大的設(shè)備，價(jià)格高，設(shè)置不方便，并且難以移動(dòng)。通過(guò)使用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以節(jié)省大量人力和物力，同時(shí)得到非常精確細(xì)致的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，例如可以監(jiān)測(cè)被測(cè)量每分鐘的變化情況，有助于從微觀角度來(lái)分析和思考被測(cè)對(duì)象的特征。

無(wú)線傳感器采用Ad-ATMA算法，在延遲和PDR(數(shù)據(jù)包傳遞速率)方面，性能優(yōu)于傳統(tǒng)的ATMA和AdAMAC算法，且在能耗方面也優(yōu)于其他兩種算法，可以有效的提升整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)時(shí)間，更長(zhǎng)時(shí)間的工作，性能更加出色。數(shù)據(jù)傳輸加密采用非對(duì)稱(chēng)加密算法的RSA算法，對(duì)于需要加密傳輸加密的用戶來(lái)說(shuō)，可以提升整個(gè)系統(tǒng)的安全保密性。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書(shū)按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。