[实用新型]用于位移测量的无线传感器网络节点

说明书

本实用新型涉及传感器领域，具体地，涉及一种用于位移测量的无线传感器网络节点。

无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）的出现，改变了人类与大自然的交互方法，开启了无线传感器广阔的发展前景和应用空间。现存无线传感器节点主要集成温度传感器、湿度传感器、气体含量传感器等一些常规传感器，它们一般功能简单，只是单纯采集环境中的简单信息，不具有采集和处理多元信息的功能。

目前，众多节点定位算法可用于无线传感器网络。这些算法的思路大致相同：首先，在传感器网络中部署一定比例的特殊节点，这些节点装备有 GPS 接收机或可以通过其它特定方式获取自身的地理坐标，称为参考节点(Reference Point)或锚节点；其它的节点称为普通节点或未知节点(Unknown Node)，这些节点测量与参考节点的距离、角度、相对位置关系或网络连通性等信息，然后通过一定的计算，从而得出自身的坐标。无线传感器网络中的节点定位算法通常可以分为距离测量、坐标计算以及可选的循环求精三个阶段。在上述过程中，普通节点通过测量与参考节点的距离或方位角度进行定位的方法称为基于测距(range‑based)的定位算法；而不通过测量距离，仅依据节点间的相对位置关系或网络连通性来进行定位的方法称为无需测距(range‑free)的定位算法。

现存算法严重依赖于无线信号，众所周知，无线电波受环境的影响很大，尤其是在恶劣环境中信号的稳定性受到严重的考验，因此借用无线信号的节点定位算法一般精度都很低，大约在几十米到几百米。而现存利用无线信号计算位移的算法对小范围位移的计算仍然束手无策，该实用新型可以填补这片空白。传统的GPS系统虽然精度较高，但是存在严重的零点漂移现象。

本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出一种用于位移测量的无线传感器网络节点，以实现精确测量节点位移的优点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种用于位移测量的无线传感器网络节点，包括处理器模块、通信模块、电源模块和传感器模块，所述通信模块传和感器模块均电连接在处理器模块上，所述电源模块分别为处理器模块、通信模块和传感器模块提供电源，所述传感器模块包括加速度传感器、方向传感器、地磁传感器和GPS模块。

进一步的，所述电源模块采用小型电池。

进一步的，所述传感器模块和处理器模块间串联放大电路，所述放大电路：包括运放器A1和运放器A2，所述运放器A1的反相输入端串联电阻R1，电阻R3和电容C2并联在运放器A1的输出端和反相输入端之间，所述运放器A1的同相输入端和地间串联电阻R2，所述运放器A2的反相输入端串联电阻R5，电阻R7和电容C3并联在运放器A2的输出端和反相输入端之间，所述运放器A2的同相输入端和地间串联电阻R6，所述运放器A1的输出端和运放器A2的反相输入端之间串联电阻R4。 

进一步的，所述传感器模块和处理器模块间串联放大电路，所述放大电路：包括运放器A1和运放器A2，所述运放器A1的反相输入端串联电阻R1，电阻R3和电容C2并联在运放器A1的输出端和反相输入端之间，所述运放器A1的同相输入端和地间串联电阻R2，所述运放器A2的反相输入端串联电阻R5，电阻R7和电容C3并联在运放器A2的输出端和反相输入端之间，所述运放器A2的同相输入端和地间串联电阻R6，所述运放器A1的输出端和运放器A2的反相输入端之间串联电阻R4。 

同时本实用新型的技术方案公开一种根据用于位移测量的无线传感器网络节点的测试方法，包括以下步骤：

将无线传感器网络节点放置在流体上，下文无线传感器网络节点简称为节点，节点上的速度传感器采集节点自身运动的加速度，方向传感器会采集节点的方向角度，利用节点的加速度数据和方向角度，通过积分运算计算得到节点的运动位移，并通过位移自校准方法、线位移校准机制和角位移校准机制对节点的运动位移进行校准。

其中，所述流体为泥石流或流沙。

所述通过积分运算计算得到节点的运动位移中的积分运算具体如下：由加速度传感器获取线加速度值，分别是相对节点界面m、n、l三个方向的加速度数值记为：、                                                、，由方向传感器获取节点姿态，可以得到节点界面x、y、z三个方向与地面空间坐标系之间的夹角数值，分别记为、、，

将线加速度数值投影到地面空间坐标系中分别计算，地面空间坐标系中的加速度值记为、、，则：

位移计算：三个方向上的位移记为、、，