[发明专利]带网络测试与显示功能的无线温湿度自适应传感器

说明书

技术领域

本发明专利是一种应用ZIGBEE无线网络技术来对环境温湿度进行监测的装置，其中主要技术包括了ZIGBEE无线网络通讯与控制，低功耗系统的架构，传感器实时数据处理与自适应周期发送算法以及人性化的人机交互界面实现。

背景技术

目前，环境监控领域最主要应用有两大方面，一是家庭供暖温湿度检测，另外就是农业，工业生产环境中的温湿度检测。其中家庭室内供热检测关系住户与供热方两者的切身利益，根据北京市目前的供热条例，如室内采暖温度不达标，住户有权拒绝缴纳采暖费用，在这种情况下，供热方需要一种能较好监控住户室内温度情况的装置，这样他们才能根据一个区域的供热温度实时调整锅炉的燃烧情况，达到能效最优化的目的。采用人工上门检测的方式不仅效率低下，而且有悖于住供热公司应与住户共享所有数据的原则，因为供热公司可以在抽查阶段手动提高供暖温度，达到欺骗检测结果的目的。另外传统的有线检测装置由于布线施工与维护的不变，很难被广大家庭接受。所以目前急需一种能很好满足这方面需求的产品出现在供热监控领域。这种产品在向供热中心提供环境监测数据同时应该能同时向住户提供相同数据。

在无线监控领域，目前主流产品都是应用于工业监控领域，对节点布局都有严格要求，只能用于位置相对固定的监测，而室内温湿度环境的监测节点的布局则时常根据住户需要而变动，这样可能面临传感器被放置于无线通讯能覆盖范围之外，造成传感器数据不能传回控制中心的故障。

通常无线传感受到电池电量的制约，其数据发送间隔都是比较大的，在一些诸如湿度温度等缓变量的测试中，一般由控制端根据实际情况确定一个在数分钟到数十分钟的发送间隔。这样一来，虽然节约了电量，但是可能会出现很多意料之外的问题，比如在环境湿度突然升高时，传感器未能及时报警造成仓库货物损失，又或是家庭中温度异常升高时，传感器没有及时报警，造成火灾等更为严重的后果。为了解决无线监控间隔与使用寿命之间的冲突，应该让传感器本身除了能测量环境情况外还能对外界变化作出相应处理。

发明内容

考虑到目前国家大力提倡的节能减排这一基本国策，针对目前受众面最广的家庭室内环境检测，我们提出的这种无线监测与实时显示结合的温湿度传感器方案，它是一种主要能应用于室内冬季供热或者夏季写字楼环境温湿度检测的无线传感器。它本身的低功耗设计使它符合节能减排的基本要求，其在一次充电后能可靠的使用超过3个季度。

传感器的无线网络通讯采用国际上目前普遍看好的ZIGBEE技术，该种无线通讯网路中通常包含数个中转用的路由。在传感器安放上要能保证它与中心节点的通讯质量，所以必须考虑安放位置问题。传统的信号测量方式需要计算机配合ZIGBEE模块，且只能确定该位置与最近节点通讯的信号强度度，而不知道是否能与中心网关通讯，这是由ZIGBEE方案中网络拓扑的不确定性造成，我们采用软件算法直接计算传感器与网关间的通讯成功率，以此来反映该位置的信号质量与链路可靠度，并显示在终端设备上。

作为一个环境温湿度传感器，它具有最基本的测量，传输，与显示功能。但在完这些基本传感器功能的基础上，我们在传感器控制单元加入先进的实时高效算法，通过对采如数据的卡尔曼滤波处理，得到测量温度与期望温度的偏差，这样以来，当出现采集数据出现异常时(如果比如在室内出现火情，水管爆裂，供暖停止，人为移动传感器到户外等情况下)，系统将智能做出反应，将原先设定的发射间隔改为实时发送，做到及时通知监控单位和住户本人，因为对检测环境的数据处理过程由传感器本身完成，所以这样不会增加系统的功耗。

本发明所产生的有益效果是：在充分考虑用户使用方便性与系统低功耗的基础上，为公共供暖制冷系统的提高一个高效的检测手段，允许相关企业部门企业与被服务对象在同一时间监测所提供的服务质量，同时为相关部门在节能减排的相关监督工作中提供了一个可靠可信的数据获取依据。同时为用户提供室内环境报警功能，使其能在检测温度的同时担负起家庭安防的重要责任。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明中电路部分总体原理图；

图2为本发明中实物图；

图3为本发明中液晶屏幕显示分区示意图；

图4为本发明中总电源控制图；

图5为本发明中单片机系统逻辑状态图；

图6为本发明中算法仿真中采集与预估数据比较；

图7为本发明中算法仿真中残差曲线；

图8为本发明在实际环境中测试时对比组结果；