[发明专利]一种使用无线传感器网络的照度测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种照明测量装置，特别涉及一种使用无线传感器网络的照度测量系统。

背景技术

照明测量是为了检验照明设施的照明效果是否符合相关标准或特定设计的要求，或对不同照明设施的照明效果进行比较。测量的内容包括室内或室外作业面或地面的照度、反射比、亮度、照明现场的色温和显色指数等。其中，照度测量是照明测量中的重要内容，在一次测量中需要对照明区域内多个测量点的照度进行测量。根据国家标准（GB/T 5700-2008）的要求，一般将照明区域划分为矩形网格，网格单元宜为正方形，测量点的布置可以选择中心布点法或四角布点法。所谓中心布点法是将所有网格单元的中心作为测量点，而四角布点法是将所有网格节点作为测量点。当进行室内照明测量时，根据建筑的类型，测量点间距一般在0.5m～10m之间选取；当进行室外照明测量时，根据道路或作业区类型，测量点间距一般在2m～10m间选择。测量点的数量随照明区域面积的增大和测量点间距的减小而增加，例如，当照明区域长度为40米，宽度为10米时，如果取测量点间距为5米，采用四角布点法，则测量点数量为27个；如果取测量点间距为2米，采用中心布点法时，测量点数量将达到100个，而采用四角布点法时，测量点数量会达到126个。

目前在照明测量中普遍采用的照度测量方法是使用传统照度计，人工逐点测量。传统照度计包括一个或多个探头和一个主设备，探头与主设备之间通过电缆连接。当进行多点测量时，使用单探头的照度计逐点测量效率较低；如果使用多个探头，虽然可以同时读取多点的照度，但由于需要使用大量的连接电缆，操作仍然比较繁琐。当需要重复测量时，使用传统照度计的测量时间会成倍增加，工作量较大。

为了提高照度测量的效率，有厂商开发了无线照度计，但由于性能和成本原因，并没有得到广泛使用。

近年来，短距离、低功耗无线通信技术日趋成熟，为开发低成本的无线测量系统奠定了基础。有文献（中国专利CN102355750）公开了一种无线照度测量系统，使用Zigbee和GPRS技术实现测量数据的无线远程传输，由于测量数据需要通过移动通信网络传输至GPRS服务器，因此在移动通信网络未覆盖的区域无法使用。另外，使用这样的系统也需要向移动通信公司支付费用。

使用无线技术传输测量数据的照明测量系统需满足如下要求：

1）       具有与传统测量仪器相同的测量精度和量程；

2）       具有系统控制功能。系统应为用户提供适当的操作手段，使其可以向系统中各个节点发送指令，启动或终止数据采集过程、查询节点状态、设置节点工作方式等。

3）       具有可靠的长距离传输性能。在照明测量中，很多情况下需要测量地面的照度，当节点放置在地面时，射频信号在传输过程中衰减显著，如果被测照明区域的面积较大，则距离较远的节点可能无法将数据直接发送到主机。为此，应采用合适的具有转发机制的多跳网络协议。当系统中所有节点同时发送测量数据时，相互冲突的概率增加，转发节点出现拥塞的概率也会增加。为此，除了介质访问层的防冲突机制外，还应采取适当的传输控制机制，提高数据传输的可靠性。

4）       使用电池供电的测量节点可以长时间工作。当以无线方式传输数据时，在照度测量系统中需要使用大量以电池供电的测量节点，应采取适当的措施减少节点的功耗，使用户无需频繁更换电池。由于无线通信消耗的能量远高于微处理器和测量电路工作的能耗，因此如何减少不必要的通信量是需要解决的关键问题。

发明内容

本发明是针对传统照明测量方法效率低、工作强度大的问题，提出了一种使用无线传感器网络的照度测量系统，通过无线传输测量数据，并在现场完成数据处理和输出测量结果，可以显著提高照明测量的效率，减少工作量。

本发明的技术方案为：一种使用无线传感器网络的照度测量系统，包括主机和无线传感器网络，无线传感器网络包括一组传感器节点和一个收集节点，收集节点与主机连接，接收主机发出的指令，并将指令发送给无线传感器网络中的各个传感器节点；收集节点接收无线传感器网络中各传感器节点发送的测量数据或状态信息，并将数据发送给主机。

所述无线传感器网络中的各个节点之间使用射频信号相互通信，每个节点具有唯一的网络地址，该地址在节点使用前被写入节点内部的地址存储器。

所述无线传感器网络使用分发协议和汇集协议两种网络层协议，分发协议用于传送主机通过收集节点向传感器节点发送的指令；而汇集协议用于传送传感器节点向收集节点发送的测量数据和状态信息。