專利名稱：一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)單/三相控制節(jié)點裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)單/三相控制節(jié)點裝置，適用于農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控、 溫室大棚環(huán)境監(jiān)控和畜禽設(shè)施養(yǎng)殖環(huán)境等類似系統(tǒng)中溫度、濕度、光照強(qiáng)度和有害氣體濃度等 監(jiān)控的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
作為一種智能控制的自組織智能傳感的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可廣泛應(yīng)用在農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控、溫室大棚環(huán)境監(jiān)控和畜禽設(shè)施養(yǎng)殖環(huán)境等場合，對其溫度、濕度、光照強(qiáng)度和有害氣體濃度等實施監(jiān)控具有極其廣闊的應(yīng)用前景。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包含大量的傳感器節(jié)點、控制節(jié)點、中繼節(jié)點和至少一個通信基站，其應(yīng)用于上述環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域時，能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確地監(jiān)測環(huán)境數(shù)據(jù)。但當(dāng)傳感器節(jié)點監(jiān)測到溫度、濕度、光照和有害氣體等環(huán)境指標(biāo)高于或低于所需要的閾值，并判定為異常事件后，需要能夠自動控制水簾、風(fēng)扇、電燈泡、天窗等執(zhí)行設(shè)備的啟停，來達(dá)到對環(huán)境指標(biāo)的調(diào)節(jié)作用，這也是對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提出的一個更高的要求。國內(nèi)外一些無線傳感器網(wǎng)絡(luò)用于環(huán)境檢測的研究項目，如加州大學(xué)伯克利分校計算機(jī)系的Intel實驗室和大西洋學(xué)院聯(lián)合開發(fā)了一個名為“in-situ”的利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測海島生態(tài)環(huán)境的項目，并在大鴨島(Great Duck Island)開展了對海燕棲息地生態(tài)環(huán)境的研究；還有意大利佛羅倫薩大學(xué)2007年提出了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于大范圍區(qū)域的環(huán)境監(jiān)測平臺，并實際應(yīng)用在了農(nóng)產(chǎn)品綜合生產(chǎn)項目上，但都未見其中有環(huán)境控制調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。如何達(dá)到監(jiān)測又能控制，從而實現(xiàn)真正意義上的監(jiān)控是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在應(yīng)用于許多實際的工程時必須要解決的問題。而在一個完整的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)中，傳感器節(jié)點獲取環(huán)境信息并進(jìn)行簡單的數(shù)據(jù)處理，節(jié)點間進(jìn)行無線數(shù)據(jù)通信，以單跳或者多跳的形式交換數(shù)據(jù)信息，將信息傳遞給通信基站，通信基站可以將傳感器節(jié)點收集到的信息進(jìn)行有效地處理，同時通過傳感器網(wǎng)絡(luò)無線數(shù)據(jù)通信向本專利設(shè)計實現(xiàn)的單/三相控制節(jié)點裝置發(fā)送控制指令，控制節(jié)點裝置即可以依據(jù)基站發(fā)出的控制指令來控制執(zhí)行設(shè)備的開關(guān)啟停，并且能夠通過傳感器網(wǎng)絡(luò)向通信基站發(fā)出執(zhí)行設(shè)備狀態(tài)信息。單/三相控制節(jié)點裝置應(yīng)當(dāng)具有安全有效的執(zhí)行設(shè)備智能控制能力、穩(wěn)定的無線通信能力和持續(xù)的工作能力，應(yīng)當(dāng)具有執(zhí)行設(shè)備的智能控制、信息處理和無線傳輸?shù)目煽啃砸约皩崟r性、自組織網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)能力，結(jié)構(gòu)的合理性等等。并且，單/三相控制節(jié)點裝置需投資成本低、性價比高、實時性好、使用方便以及應(yīng)用范圍廣。正是以解決上述問題為出發(fā)點，系統(tǒng)地研究和設(shè)計了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)單/三相控制節(jié)點裝置。在目前的國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究報道和檢索中未見與本發(fā)明相同或類似的設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種以有效解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與執(zhí)行設(shè)備之間的通信、智能控制方面問題的應(yīng)用于農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控、溫室大棚環(huán)境監(jiān)控和畜禽設(shè)施養(yǎng)殖環(huán)境等許多場合的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)單/三相控制節(jié)點裝置。
技術(shù)方案本發(fā)明所述的無線傳感器網(wǎng)路單/三相控制節(jié)點裝置，包括執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件和數(shù)據(jù)通信部件；所述的數(shù)據(jù)通信部件包括處理器單元、存儲器單元、無線收發(fā)單元和第一電源單元，所述處理器單元用于判斷和處理接收到的數(shù)據(jù)包以及獲取連接端口的電平值保存在將要發(fā)送的數(shù)據(jù)包中，若是時間同步信號則重置時間同步計數(shù)器，若是控制指令則向連接端口輸出高或低電平(啟動或停止指令)，以獲得的連接端口的電平值作為狀態(tài)信號通過路由選擇路徑周期發(fā)送；所述存儲器單元與所述處理器單元連接，作為在所述處理器單元內(nèi)部存儲空間不足情況下的非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲的補(bǔ)充；所述無線收發(fā)單元與所述處理器單元連接，用于接收時間同步信號和基站控制指令(啟動或停止指令)，以及向基站發(fā)送執(zhí)行設(shè)備狀態(tài)信號；所述第一電源單元為整個數(shù)據(jù)通信部件提供工作電壓；本發(fā)明所述高或低電平分別代表啟動或停止?fàn)顟B(tài)；所述的執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件包括可控硅控制單元、可控硅觸發(fā)單元、執(zhí)行設(shè)備狀態(tài)輸出單元和第二電源單元，所述可控硅控制單元用于控制交流主電路的通斷從而控制執(zhí)行設(shè)備啟停；所述可控硅觸發(fā)單元與所述可控硅控制單元連接，用于由可控硅觸發(fā)單元接 口輸入的高或低電平導(dǎo)通或阻斷所述可控硅控制單元；所述執(zhí)行設(shè)備狀態(tài)輸出單元與所述可控硅控制單元連接，用于檢測所述可控硅控制單元的通斷從而得到執(zhí)行設(shè)備的工作狀態(tài)； 所述第二電源單元為整個設(shè)備驅(qū)動部件提供工作電壓；所述執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件的可控硅觸發(fā)單元接口與數(shù)據(jù)通信部件的連接端口相連， 執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件的執(zhí)行設(shè)備狀態(tài)輸出單元接口與數(shù)據(jù)通信部件的連接端口相連。本發(fā)明還可以進(jìn)一步采用以下技術(shù)措施所述執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件與單/三相電源連接，實現(xiàn)單向與三相的輸入與輸出。所述執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件中，可控硅控制單元中采用可控硅“Q2”控制交流主電路的通斷；可控硅觸發(fā)單元中的三極管“Q1”連接可控硅“Q2”，通過控制三極管“Q1”的導(dǎo)通或截止從而導(dǎo)通或阻斷置于交流主電路的可控硅“Q2”;可控硅觸發(fā)單元接口采用光電耦合器 “U4”與三極管“Q1”連接，將執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件與數(shù)據(jù)通信部件光耦隔離；執(zhí)行設(shè)備狀態(tài)輸出單元接可控硅控制單元，得到執(zhí)行設(shè)備的工作狀態(tài)；可控硅控制單元連接交流接觸器的線圈輸入端，線圈的輸出端連接單/三相電壓，從而實現(xiàn)交流接觸器的導(dǎo)通與斷開。所述執(zhí)行設(shè)備狀態(tài)輸出單元中，接觸器的一組引腳接入輸出端連接狀態(tài)輸出單元，通過輸出單元的高低電平來確定實時反饋交流接觸器的狀態(tài)，并將其傳送給處理器單元，從而對執(zhí)行設(shè)備交流接觸器進(jìn)行實時控制。所述處理器單元如果收到來自無線收發(fā)單元的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，則首先進(jìn)行異常數(shù)據(jù)檢測，通過對檢測到的異常數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行隊列，先入先出，從而通過設(shè)定隊列的長度來檢測最近收到數(shù)據(jù)中的異常數(shù)據(jù)次數(shù)，當(dāng)認(rèn)定為異常事件，然后發(fā)往基站進(jìn)行進(jìn)一步分析處理。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是1、本發(fā)明在系統(tǒng)地研究和設(shè)計了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計并研制了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)單/三相控制節(jié)點裝置，以有效解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與執(zhí)行設(shè)備之間的通信和智能控制方面的問題，并且其投資成本低、性價比高、實時性好、安全可靠、使用方便以及應(yīng)用范圍廣。
2、本發(fā)明集數(shù)據(jù)通信部件和執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件為一個整體，數(shù)據(jù)通信部件接收控制指令，控制執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件的工作，并且從執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件讀取執(zhí)行設(shè)備狀態(tài)信號。 本無線傳感器網(wǎng)絡(luò)單/三相控制節(jié)點裝置采用無線的方式收發(fā)控制指令并對執(zhí)行設(shè)備進(jìn)行開關(guān)啟?？刂?，還可以檢測執(zhí)行設(shè)備的運行狀態(tài)并發(fā)出狀態(tài)信號，這樣既極大提高了整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實用性，也增加了本裝置的運用場。3、本發(fā)明的執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件中，采用可控硅應(yīng)用方案來控制交流主電路的通斷，從而避免了傳統(tǒng)的采用繼電器控制交流主電路容易產(chǎn)生電火花的問題；不僅可以控制執(zhí)行設(shè)備，還可以實時檢測并輸出執(zhí)行設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)信號。4、本發(fā)明的執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件中，可根據(jù)被控制設(shè)備采用單/三相來靈活使用， 在被控設(shè)備為三相供電時，可采用三相，而當(dāng)被控設(shè)備為單向供電時，采用單相接法和三相接法均可。5、本發(fā)明在設(shè)計中由于采用了實用性設(shè)計，在充分考慮到其裝置在實際應(yīng)用中適用性的同時，盡量減小其成本。由于考慮到抗干擾和成本等因素而分開制作的數(shù)據(jù)通信部件中無線收發(fā)模塊的接口連接部分、數(shù)據(jù)通信部件與執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件的光耦隔離接口連接部分、各部分供電電源接口的連接部分等，也注意到其牢固性，部署前焊牢，并注意焊接點的密封性，使得其裝置在潮濕、灰塵等環(huán)境中都能正常工作，而不會發(fā)生腐蝕、線路短路或漏電故障等現(xiàn)象。6、本發(fā)明由于采用的各元器件的工作溫度范圍大，使其裝置可以在-40°C到 +850C (哈爾濱極端最低氣溫為-30. 5°C，重慶極端最高氣溫為+44°C)正常工作，這樣可使本發(fā)明適合于世界的絕大多數(shù)國家和地區(qū)。7、本發(fā)明由于具有上面5、6中所述的特點，能夠抵抗一般強(qiáng)度的高濕、高低溫、風(fēng)沙、撞擊和腐蝕等，極大地增強(qiáng)了其裝置在惡劣環(huán)境下的適應(yīng)能力。8、本發(fā)明在設(shè)計制作上將其裝置與AC-DC轉(zhuǎn)換供電電源板分開，并保證足夠的物理距離，并且對無線收發(fā)模塊上的無線收發(fā)芯片采用金屬殼封裝，AC-DC轉(zhuǎn)換的直流穩(wěn)壓電源亦采用金屬殼封裝，這樣既減少了電源板對無線收發(fā)模塊的干擾，也增強(qiáng)了無線收發(fā)模塊的抗干擾能力，從而提高了無線收發(fā)的性能。9、本發(fā)明采用JTAG接口可以使終端對其裝置進(jìn)行調(diào)試和編程以及燒寫程序；不僅能夠控制執(zhí)行設(shè)備，還可以檢測執(zhí)行設(shè)備的狀態(tài)并發(fā)出通知，其功能有效并且可靠。


圖1是本發(fā)明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)單/三相控制節(jié)點裝置總體框圖。圖2是本發(fā)明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)單/三相控制節(jié)點裝置數(shù)據(jù)通信部件處理器單元1 中微處理器芯片Ul的結(jié)構(gòu)框圖。圖3是本發(fā)明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)單/三相控制節(jié)點裝置數(shù)據(jù)通信部件原理圖(電源單元4和無線收發(fā)模塊3#的原理圖單獨給出)。圖4是本發(fā)明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)單/三相控制節(jié)點裝置無線收發(fā)模塊3#原理圖。圖5是本發(fā)明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)單/三相控制節(jié)點裝置電源單元8原理圖。圖6是本發(fā)明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)單/三相控制節(jié)點裝置數(shù)據(jù)通信部件的處理器單元 1中的微處理器芯片Ul對于異常數(shù)據(jù)的處理流程。
圖7是本發(fā)明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)單/三相控制節(jié)點裝置執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件原理圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實施例。一種應(yīng)用于農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控、溫室大棚環(huán)境監(jiān)控和畜禽設(shè)施養(yǎng)殖環(huán)境等許多場合的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)單/三相控制節(jié)點裝置，包括執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件和數(shù)據(jù)通信部件，執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件的可控硅觸發(fā)單元接口 6*與數(shù)據(jù)通信部件的連接端口 J6相連，執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件的執(zhí)行設(shè)備狀態(tài)輸出單元接口 7*與數(shù)據(jù)通信部件的連接端口 J7相連。所述的數(shù)據(jù)通信部件包括處理器單元1、存儲器單元2、無線收發(fā)單元3、第一電源單元4、與執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件相連的連接端口 J6、連接端口 J7、與調(diào)試終端相連的通信調(diào)試接口 J5，連接端口 J6、連接端口 J7分別與微處理器芯片的通用I/O 口引腳相連。所述處理器單元1用于判斷和處理接收到的數(shù)據(jù)包以及獲取連接端口 J7的電平值保存在將要發(fā)送的數(shù)據(jù)包中，若是時間同步信號則重置時間同步計數(shù)器，若是控制指令則向連接端口 J6輸出高或低電平，以獲得的連接端口 J7的電平值作為狀態(tài)信號通過路由選擇路徑周期發(fā)送；處理器單元1由微處理器芯片Ul及其外圍電路組成，Ul為ATmegall28、 ATmegall28L或MSP430。它主要完成信號控制、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)運算、協(xié)議通信和算法處理， 在實現(xiàn)的軟件上考慮與整個傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)協(xié)同，采用傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中采用的TinyOS 微型嵌入式實時操作系統(tǒng)，并在此平臺上采用nesC語言。根據(jù)在本裝置實現(xiàn)的功能，可將處理器單元1的微處理器芯片Ul分為1)串行外設(shè)接口模塊，其外部接口通過連接端口 Jl與無線收發(fā)單元3相連，用于緩存由無線收發(fā)單元3接收到的數(shù)據(jù)包以及將要發(fā)送的數(shù)據(jù)包。2)處理器內(nèi)核模塊，它能夠訪問存儲器，執(zhí)行運算，控制外設(shè)以及處理中斷。在此實現(xiàn)的功能包括①用于判斷和處理接收到的數(shù)據(jù)包，根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)包頭地址判斷是時間同步信號還是控制指令若是時間同步信號則重置時間同步計數(shù)器；若是控制指令則根據(jù)數(shù)據(jù)包負(fù)載的數(shù)值判斷是啟動指令還是停止指令，并根據(jù)判斷相應(yīng)設(shè)置控制端口模塊寄存器的值。②用于讀取控制端口模塊寄存器的相應(yīng)值將其保存在數(shù)據(jù)包負(fù)載中作為狀態(tài)信號，根據(jù)LEPS算法選擇路徑，并啟動一個新的定時器周期發(fā)送。3)控制端口模塊，其外部接口通過連接端口 J6和連接端口 J7與執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件相連，用于根據(jù)處理器內(nèi)核模塊對該模塊寄存器的設(shè)置，向連接端口 J6輸出高或低電平，以及將連接端口 J7的電平值保存在該模塊寄存器中。4)定時器模塊，作為周期發(fā)送狀態(tài)信號的定時器以及保持整個傳感器網(wǎng)絡(luò)同步的時間同步計數(shù)器。所述存儲器單元2與所述處理器單元1連接，作為在所述處理器單元1內(nèi)部存儲空間不足情況下的非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲的補(bǔ)充。存儲器單元2主要由串行閃速存儲器芯片U3及其外圍電路組成，它的“Si、SO、SCK”引腳分別與微處理器芯片Ul的“USART1_TXD、USART1_RXD、USART1_CLK”引腳相連。它可以選用不同容量，主要完成在Ul內(nèi)部FLASH空間不足情況下的非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲的補(bǔ)充。所述無線收發(fā)單元3與所述處理器單元1連接，用于接收時間同步信號和基站控制指令，以及向基站發(fā)送執(zhí)行設(shè)備狀態(tài)信號；無線收發(fā)單元3由無線收發(fā)芯片U2及其外圍電路組成的無線收發(fā)模塊(包括無線收發(fā)天線)3#和無線收發(fā)模塊接口 3*組成。無線收發(fā)芯片U2為工作在300-1000MHzISM/ SRD帶寬范圍內(nèi)的CC1000、CC1020，或工作在2. 4GHz頻段的CC2420等類似產(chǎn)品。無線收發(fā)模塊接口 3*通過連接端口 Jl與微處理器芯片Ul的串行外設(shè)接口相連，使無線收發(fā)芯片U2 的“Si、SO、SCLK”引腳分別與微處理器芯片Ul的‘。 1_1 )51、5 1_1050、5 1_50^”引腳相連。天線采用橡皮封裝螺旋式或直桿式，與無線收發(fā)模塊3# 主體之間采用SMA接口或TNC 接口。它主要用于接收時間同步信號和基站控制指令(啟動或停止指令)，以及向基站發(fā)送執(zhí)行設(shè)備狀態(tài)信號。通信調(diào)試接口 J5的數(shù)據(jù)線經(jīng)過電阻上拉后與微處理器芯片Ul的JTAG接口相連， 它們之間的“TCK、TMS、TD0、TDI”引腳互連。它作為對微處理器芯片Ul內(nèi)部FLASH進(jìn)行編程的接口，以及從硬件上控制Ul運行流程的調(diào)試接口。所述第一電源單元4為整個數(shù)據(jù)通信部件提供工作電壓，第一電源單元4為單相交流電轉(zhuǎn)直流穩(wěn)壓電路，按照應(yīng)用的需要輸出兩種不同的直流電源電平。交流電源經(jīng)過變壓器和整流橋降壓全橋整流后，經(jīng)過U3芯片轉(zhuǎn)換為第一種直流電源VCC2，再經(jīng)過U4芯片轉(zhuǎn)換和后續(xù)開光電源等元器件的處理后轉(zhuǎn)換為第二種直流電源VCC。所述執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件與單/三相電源連接，實現(xiàn)單向與三相的輸入與輸出。所述的執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件包括可控硅控制單元5、可控硅觸發(fā)單元6、執(zhí)行設(shè)備狀態(tài)輸出單元 7和第二電源單元8，所述可控硅控制單元5用于控制交流主電路的通斷從而控制執(zhí)行設(shè)備啟停；可控硅控制單元5主要由置于交流主電路的可控硅Q2及其保護(hù)電路組成，可控硅Q2的導(dǎo)通和截止控制交流主電路的通斷，從而控制執(zhí)行設(shè)備的啟停。所述可控硅觸發(fā)單元6與所述可控硅控制單元5連接，用于由可控硅觸發(fā)單元接口 6*輸入的高或低電平導(dǎo)通或阻斷所述可控硅控制單元5 ；可控硅觸發(fā)單元6主要由三極管Ql通斷電路組成，三級管Ql與可控硅Q2相連。它用于通過由可控硅觸發(fā)單元接口 6*輸入的高或低電平控制三級管Ql的導(dǎo)通或截止，從而控制置于交流主電路的可控硅Q2導(dǎo)通或阻斷?？煽毓栌|發(fā)單元接口 6*采用光電耦合器“U4”與三極管“Q1”連接，將執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件與數(shù)據(jù)通信部件光耦隔離。所述執(zhí)行設(shè)備狀態(tài)輸出單元7與所述可控硅控制單元5連接，用于檢測所述可控硅控制單元5的通斷從而得到執(zhí)行設(shè)備的工作狀態(tài)，連接交流接觸器的線圈輸入端，線圈的輸出端連接單/三相電壓，從而實現(xiàn)交流接觸器的導(dǎo)通與斷開。高或低電平分別代表啟動或停止?fàn)顟B(tài)；所述執(zhí)行設(shè)備狀態(tài)輸出單元7中，接觸器的一組引腳接入輸出端7*連接狀態(tài)輸出單元，通過輸出單元的高低電平來確定實時反饋交流接觸器的狀態(tài)，并將其傳送給處理器單元1，從而對執(zhí)行設(shè)備交流接觸器進(jìn)行實時控制；所述處理器單元1如果收到來自無線收發(fā)單元3的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，則首先進(jìn)行異常數(shù)據(jù)檢測，通過對檢測到的異常數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行隊列，先入先出，從而通過設(shè)定隊列的長度來檢測最近收到數(shù)據(jù)中的異常數(shù)據(jù)次數(shù)，當(dāng)認(rèn)定為異常事件，然后發(fā)往基站進(jìn)行進(jìn)一步分析處理。所述第二電源單元8為整個設(shè)備驅(qū)動部件提供工作電壓；第二電源單元8采用單相交流電轉(zhuǎn)直流穩(wěn)壓電路的方案，單相交流電經(jīng)降壓全橋整流后由U3芯片轉(zhuǎn)化為VCCl直流電源。實施例1 上述數(shù)據(jù)通信部件(不包括電源單元4和無線收發(fā)單元3)的一個實施案例可見圖3。它主要由處理器單元1、存儲器單元2、與無線收發(fā)模塊接口 3*相連的連接端口 J1、 J2、J3、電源單元接口 J4、通信調(diào)試接口 J5、連接端口 J6、連接端口 J7組成。處理器單元1中的微處理器芯片Ul選用AT公司的高性能、低功耗AVR 8位高檔微處理器ATmegal28L。它具有先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)，最高8MHz工作頻率，大多數(shù)指令在一個周期內(nèi)完成，運算速率高；片內(nèi)128kFlash、4kSRAM和4kEEPR0M ；支持省電模式、掉電模式等6 種睡眠模式；具有多種總線和充足的輸入輸出接口 ；具有A/D、D/A接口 ；具有2. 7V-5. 5V的寬工作電壓范圍；具有與IEEE 1149. 1標(biāo)準(zhǔn)兼容的JTAG接口。存儲器單元2中的串行閃速存儲器芯片U3選用AT公司的4M flash AT45DB041B, 它的“8、1、2”引腳分別與微處理器芯片Ul的“27、28、30”引腳相連。通信調(diào)試接口 J5的數(shù)據(jù)線經(jīng)過電阻“R6 R9”上拉后與微處理器芯片Ul的JTAG 接口相連，它的“1、3、5、9”引腳分別與微處理器芯片Ul的“57、56、55、54”引腳連接。連接端口 J6的“1”引腳與微處理器芯片Ul的“33”引腳連接；連接端口 J7的“1” 引腳與微處理器單元Ul的“34”引腳連接。無線收發(fā)單元3的一個實施案例可見圖4。無線收發(fā)單元3中的無線收發(fā)芯片U2 選用Chipcon公司生產(chǎn)CC1000。它具有高靈敏度(一般_109dbm)；低供電電壓(2. 3V 3.6V)；極低功耗；在本例中工作在433MHz頻段。它通過連接端口 Jl使U4的“23”、“24”弓丨腳分別與Ul的“12和13”、“11”引腳相連。天線采用橡皮封裝螺旋外置式，與無線收發(fā)模塊主體之間采用SMA接口。該裝置調(diào)試成功后，各單元接口之間的連接點焊死。數(shù)據(jù)通信部件上所選芯片的溫度范圍如下單片微處理器芯片Ul為_55°C到 +125°C ；串行閃速存儲器芯片U2為-40°C到+85°C ；無線收發(fā)模塊3#中的無線收發(fā)芯片U4 為-40°C到+85°C。這使得數(shù)據(jù)通信部件可工作在_40°C到+85°C的環(huán)境中。實施例2 根據(jù)實施例1所選用的芯片和連接方式，上述的數(shù)據(jù)通信部件的處理器單元1中的微處理器芯片Ul對于異常數(shù)據(jù)的處理流程如圖6所示，它包括具體的控制算法如下1)由于采樣頻率為3分/次，這就決定了正常情況下，數(shù)據(jù)的變化值不會超過一定的范圍內(nèi)，因此根據(jù)前幾次測得的數(shù)據(jù)，可建立一個下一組數(shù)據(jù)的正常范圍區(qū)間；2)對于異常數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，通過FIFO原理來對首次出現(xiàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行隊列處理；3)對接下來的N-I組數(shù)據(jù)均進(jìn)行入隊處理，通過兩個指針來進(jìn)行判斷在過去的N 組數(shù)據(jù)中出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的次數(shù)，指針P的值表示為隊列中數(shù)據(jù)的組數(shù)，指針q的值表示為P 組數(shù)據(jù)中的異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)的次數(shù)；
4)當(dāng)超過我們事先設(shè)定的閾值η后，則判定為異常事件，進(jìn)行相關(guān)的異常事件處理。實施例3 執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件的一個實施案例可見圖7，它主要由可控硅控制單元5、可控硅觸發(fā)單元6、可控硅觸發(fā)單元接口 6*、執(zhí)行設(shè)備狀態(tài)輸出單元7、執(zhí)行設(shè)備狀態(tài)輸出單元接口 7*、電源單元8組成?？煽毓栌|發(fā)單元接口 6*的“ΡΙΝ33”引腳通過連接端口 J6與微處理器芯片Ul的“33”引腳相連；執(zhí)行設(shè)備輸出單元接口 7*的“ΡΙΝ34”引腳通過連接端口 J7與微處理器芯片Ul的“34”引腳相連。
在可控硅控制單元5中，置于交流主電路的可控硅Q2選用BTA5-600BW，可以滿足絕大部分應(yīng)用場合的需求。在可控硅觸發(fā)單元6中，三極管Ql選用通用半導(dǎo)體器件8050，Ql的發(fā)射極與可控硅Q2的門極相連，通過控制Ql的導(dǎo)通或截止來導(dǎo)通或阻斷置于交流主電路的可控硅Q2。在可控硅觸發(fā)單元接口 6*中，光電耦合器U4選用TLP521，U4的輸出端通過電阻 R24限流后與三極管Ql的基極相連。它主要用于將執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件與數(shù)據(jù)通信部件光耦隔罔。執(zhí)行設(shè)備狀態(tài)輸出單元7接可控硅控制單元5，用于檢測可控硅控制單元5的通斷從而得到執(zhí)行設(shè)備的工作狀態(tài)，連接交流接觸器的線圈輸入端，高或低電平分別代表啟動或停止?fàn)顟B(tài)；電源單元8采用單相交流電轉(zhuǎn)+12V (VCCl)直流穩(wěn)壓電路方案，所選用的三端穩(wěn)壓器U3為L78L12AB ；執(zhí)行設(shè)備狀態(tài)輸出單元接口 7*所用到的VCC2直流電源為+5V，由數(shù)據(jù)通信部件的電源單元4提供。執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件上所選芯片的溫度范圍如下三端穩(wěn)壓器U3芯片L78L12AB 為-40°C到+125°C;光電耦合器U4芯片TLP521為_55°C到+100°C;三極管Q18050為-55°C 到+135°C ；可控硅Q2BTA26BW為_40°C到+125°C。這使得執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件可工作在_40°C 到+85 °C的環(huán)境中。如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實施例已經(jīng)表示和表述了本發(fā)明，但其不得解釋為對本發(fā)明自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍前提下，可對其在形式上和細(xì)節(jié)上作出各種變化。
權(quán)利要求
1.一種無線傳感器網(wǎng)路單/三相控制節(jié)點裝置，其特征在于包括執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件和數(shù)據(jù)通信部件；所述的數(shù)據(jù)通信部件包括處理器單元(1)、存儲器單元(2)、無線收發(fā)單元(3)和第一電源單元(4)，所述處理器單元(1)用于判斷和處理接收到的數(shù)據(jù)包以及獲取連接端口 (J7)的電平值保存在將要發(fā)送的數(shù)據(jù)包中，若是時間同步信號則重置時間同步計數(shù)器，若是控制指令則向連接端口(J6)輸出高或低電平，以獲得的連接端口(J7)的電平值作為狀態(tài)信號通過路由選擇路徑周期發(fā)送；所述存儲器單元(2)與所述處理器單元(1)連接，作為在所述處理器單元(1)內(nèi)部存儲空間不足情況下的非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲的補(bǔ)充；所述無線收發(fā)單元(3)與所述處理器單元(1)連接，用于接收時間同步信號和基站控制指令，以及向基站發(fā)送執(zhí)行設(shè)備狀態(tài)信號；所述第一電源單元(4)為整個數(shù)據(jù)通信部件提供工作電壓；所述的執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件包括可控硅控制單元(5)、可控硅觸發(fā)單元(6)、執(zhí)行設(shè)備狀態(tài)輸出單元(7)和第二電源單元(8)，所述可控硅控制單元(5)用于控制交流主電路的通斷從而控制執(zhí)行設(shè)備啟停；所述可控硅觸發(fā)單元(6)與所述可控硅控制單元(5)連接，用于由可控硅觸發(fā)單元接口(6*)輸入的高或低電平導(dǎo)通或阻斷所述可控硅控制單元(5)；所述執(zhí)行設(shè)備狀態(tài)輸出單元(7)與所述可控硅控制單元(5)連接，用于檢測所述可控硅控制單元(5)的通斷從而得到執(zhí)行設(shè)備的工作狀態(tài)；所述第二電源單元(8)為整個設(shè)備驅(qū)動部件提供工作電壓；所述執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件的可控硅觸發(fā)單元接口(6*)與數(shù)據(jù)通信部件的連接端口(J6) 相連，執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件的執(zhí)行設(shè)備狀態(tài)輸出單元接口(7*)與數(shù)據(jù)通信部件的連接端口 (J7)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)路單/三相控制節(jié)點裝置，其特征在于所述執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件與單/三相電源連接，實現(xiàn)單向與三相的輸入與輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)路單/三相控制節(jié)點裝置，其特征在于所述執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件中，可控硅控制單元(5)中采用可控硅“Q2”控制交流主電路的通斷；可控硅觸發(fā)單元(6)中的三極管“Q1”連接可控硅“Q2”，通過控制三極管“Q1”的導(dǎo)通或截止從而導(dǎo)通或阻斷置于交流主電路的可控硅“Q2”;可控硅觸發(fā)單元接口(6*)采用光電耦合器“U4”與三極管“Q1”連接，將執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件與數(shù)據(jù)通信部件光耦隔離；執(zhí)行設(shè)備狀態(tài)輸出單元(7)接可控硅控制單元(5)，得到執(zhí)行設(shè)備的工作狀態(tài)；可控硅控制單元(5)連接交流接觸器的線圈輸入端，線圈的輸出端連接單/三相電壓，從而實現(xiàn)交流接觸器的導(dǎo)通與斷開。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線傳感器網(wǎng)路單/三相控制節(jié)點裝置，其特征在于所述執(zhí)行設(shè)備狀態(tài)輸出單元(7)中，接觸器的一組引腳接入輸出端(7*)連接狀態(tài)輸出單元，通過輸出單元的高低電平來確定實時反饋交流接觸器的狀態(tài)，并將其傳送給處理器單元(1)， 從而對執(zhí)行設(shè)備交流接觸器進(jìn)行實時控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無線傳感器網(wǎng)路單/三相控制節(jié)點裝置，其特征在于所述處理器單元(1)如果收到來自無線收發(fā)單元(3)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，則首先進(jìn)行異常數(shù)據(jù)檢測，通過對檢測到的異常數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行隊列，先入先出，從而通過設(shè)定隊列的長度來檢測最近收到數(shù)據(jù)中的異常數(shù)據(jù)次數(shù)，當(dāng)認(rèn)定為異常事件，然后發(fā)往基站進(jìn)行進(jìn)一步分析 處理。
全文摘要
本發(fā)明公開一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)單/三相控制節(jié)點裝置，涉及農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控、溫室大棚環(huán)境監(jiān)控和畜禽設(shè)施養(yǎng)殖環(huán)境等許多應(yīng)用場合的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。該裝置由數(shù)據(jù)通信部件和執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件組成，數(shù)據(jù)通信部件中的存儲器單元、無線收發(fā)單元等分別與處理器單元相連；執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動部件中的可控硅觸發(fā)單元、執(zhí)行設(shè)備狀態(tài)輸出單元分別與可控硅控制單元相連，并通過其相應(yīng)的接口分別與數(shù)據(jù)通信部件的處理器單元相連。該裝置的無線收發(fā)單元將接收到的由傳感器網(wǎng)絡(luò)傳來的基站控制指令送處理器單元處理，并通過可控硅控制單元控制執(zhí)行設(shè)備的開或關(guān)；處理器單元又通過執(zhí)行設(shè)備狀態(tài)輸出單元獲取執(zhí)行設(shè)備狀態(tài)信息，并通過無線收發(fā)單元經(jīng)其傳感器網(wǎng)絡(luò)路由到基站處理。
文檔編號H04Q9/00GK102386942SQ20111013175
公開日2012年3月21日 申請日期2011年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月19日
發(fā)明者陳俊杰, 陶亮 申請人:東南大學(xué)