[发明专利]一种远距离多功能的无线传感器节点

说明书

本发明公开的一种远距离多功能的无线传感器节点及系统，包括：主控模块、天线模块、通讯模块、采集信号输入模块和电源模块，所述主控模块分别与所述天线模块、所述通讯模块双向连接，所述采集信号输入模块的输出端与所述主控模电源端电气连接；所述无线传感器节点还包括：范围扩展模块，所述通讯模块包括：WIFI电路、USB电路和RS‑232串口电路；所述主控模块通过所述范围扩展模块与所述天线模块双向连接，所述范围扩展模块与所述主控模块之间设置有匹配滤波单元；本发明传输距离远，且传输方式灵活，适用于无线传感网络领域。

技术领域

本发明属于无线传感网络的技术领域，尤其涉及一种远距离多功能的无线传感器节点及系统。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network)技术是由一组无线传感器节点构成，在无线网络覆盖区域中传感器之间互相感知、采集以及处理传感器采集的信息，并且把相关信息发送给终端的系统技术。无线传感器网络是信息技术发展的一个新领域，将数据的采集、传输以及融合分析于一体，在环境监测、地震监测、医疗监护、城市交通管理、军事侦察等诸多领域当中都具有非常广阔的应用前景。在无线传感器网络系统中，节点是网络的基本组成元素，它具有传感器信号采集功能、信号处理功能以及无线通信功能。在网络数据传输过程中，节点既是系统信息包的发送者，同时也是系统信息包的转发者。节点通过网络进行自组织和多跳路由，把数据向网关发送。节点可以通过多种通信方式与外部的网络联系，例如：卫星、移动通信网络、Internet等等。

无线传感器网络的研究开始于上世纪90年代。美国国防部高级研究计划局研究的重点技术就是传感器节点技术，在传感器群中，各个不同传感器节点间只进行比较简单的点对点通信，进入21世纪，随着无线通信技术、微芯片制造等技术的进步，无线传感器网络技术的研究取得重大进展，并引起了军方、学术界以及工业界的极大关注。在国内相关的研究及应用也是蓬勃发展。2001年，中科院成立了专门研究传感器网络的微系统研究中心。

近年来国内外发展了很多无线传感器网络节点设计方法，重庆大学的杨永明、陈学军等人研制开发了以无线传感器网络为基础的大型电气设备在线数据采集监控系统。提出了硬件节点和基站使用CC2431的系统级芯片的处理核心，PCB 天线，操作系统使用加州大学伯克利分校开发的TinyOS2.1系统的硬件设计方案。传感器采集的数据能够实时反映变压器的温度信息，电脑管理系统可以直接反映数据采集对象的情况，实现实时存储数据，用于提供在线监测资料。这种检测方法中的节点设计缺点通信能力有限，节点间的通信距离较近，需要系统中布置的节点数目较多。

中国计量学院的吕云峰，金宁等人研制开发了应用于水环境数据监测的新型无线传感器网络系统，该系统由三部分组成：传感器节点、sink节点和数据监控中心。传感器节点可以搭载如pH值、溶解氧(DO)、电导率和温度多参数数据采集模块。接收器的节点和远程监控中心通过RS232或3G/GPRS进行数据通信。系统可有效地应用于一些诸如水产养殖，湖泊和河水的分布式水环境自动监测。与传统的水质监测系统相比，它具有以下优点：传感器节点低成本，低功耗、灵活的监测参数、监测区域上的传感器网络自组织、网络容量大、节点分布密集，数据采集准确。这种检测方法中的节点设计缺点是供电方式单一、通信方式较为单一。

中国矿业科技大学的潘涛，刘小杨等人研制了混合无线通信系统中的 ZigBee和WiFi技术的煤矿隧道监测系统，开发一个多功能无线通信系统，采用 ZigBee和WiFi技术相结合，可以实现瓦斯监测，无线通信，人事管理和视频监控，功能等。能满足调度通信的需要，安全监察煤矿巷道。该系统由两部分组成：地下监测部分和地面监控部分。地下部分由基地台(BS)、无线传感器、双模移动电话、身分证(ID卡)、视频摄像机等组成，所有这些设备都必须保证安全和防爆。地面监控部分主要是布置在监控室的装置，它们包括控制台和服务器。这种检测方法中的节点设计缺点能耗大、维护繁琐、采样速率较低。