[发明专利]一种面向WSNs的环境自适应的能量感知方法

摘要

本发明公开了一种面向WSNs的环境自适应的能量感知方法，首先通过能量收集模块调整最佳角度采集环境中的太阳能、风能、震动能并传送给能量控制模块，能量控制模块计算出不同环境能源的功率数据，将这些数据传输到主控模块进行处理，同时，主控模块通过网络读取气象局的风向和太阳方位角等天气数据，并把不同环境能源的功率数据和这些天气数据进行融合，得到控制信号，再将控制信号回传给能量控制模块，以选择当前最佳的环境能源给可充电电池进行充电并给无线传感器节点及主控模块供能。本发明中采用的能量采集及转换系统具有良好的自适应性，在各种天气状况下都能有效地为可充电电池充电。

主权项

1.一种面向WSNs的环境自适应的能量感知方法，其特征在于，在无线传感网络WSNs的基础上，引入物联网技术与云服务，将信息数据采集、组网数据传输、数据上传与协同数据处理集于一体，基于包括能量收集模块、能量控制模块、主控模块、WSNs传感器节点及网关以及云端计算机构成的能量感知系统，网关通过ZigBee和各个WSNs传感器节点相连接，WSNs传感器节点与网关采用多跳的形式连接，每个模块均包含一个Zigbee进行无线传输；能量收集模块用于采集外界环境中的太阳能、风能以及由水面波动产生的震动能三种不同的能量，包括太阳能面板、风力发电机、震动电机和调整电机，调整电机接收主控模块的控制信号输出给太阳能面板、风力发电机和震动电机；主控模块包括MCU、LCD显示、存储和GPRS通信单元，MCU与LCD显示单元、存储单元和GPRS通信单元均分别为双向交互连接，MCU中包括功率信息融合模块、决策支持子系统和环境能量协同控制策略机构，功率信息融合模块的输入连接云端计算机，功率信息融合模块的输出连接决策支持子系统，决策支持子系统的输出连接环境能量协同控制策略机构，环境能量协同控制策略机构的输出连接能量收集模块中的调整电机；能量控制模块包括功率检测单元、DC‑DC变换器和可充电电池，太阳能面板、风力发电机和震动电机的输出均连接功率检测单元，功率检测单元的输出连接MCU中的功率信息融合模块，功率检测单元的输出还依次连接DC‑DC变换器和可充电电池，可充电电池的输出分别连接主控模块和WSNs传感器节点，WSNs传感器节点的输出通过网关用有线网络连接云端计算机，云端计算机与GPRS通信单元双向交互连接；云端计算机接收来自气象局传送的包括风向和太阳方位角的气象数据，并将这些气象数据经GPRS通信单元传送给MCU中的功率信息融合模块，经过决策支持子系统最终由环境能量协同控制策略机构把这些天气数据转化为控制信号，并将该控制信号传送给能量收集单元中的调整电机，使调整电机调整能量收集模块中的风能电机和太阳能电池板来接收目前三种环境能源中各自最大的能量，并将这些能量输送到能量控制模块中的功率检测单元，功率检测单元包括电压电流传感器和模拟乘法器，电压电流传感器的输出连接模拟乘法器，环境能量输送到功率检测单元中的电压电流传感器中，得到能量的电压电流数据，并将这些数据传输到模拟相乘器中，将电压电流的数据进行相乘，由此计算出三种不同环境能源的功率数据，将这些功率数据传输到MCU中的功率信息融合模块进行处理，同时，主控模块中的GPRS通信单元通过GPRS网络获取气象局测得的太阳能、风能、震动能三种能源的功率数据，在MCU的功率信息融合中利用融合公式将功率检测单元得到的功率数据与气象局的各个功率数据进行融合并输出到决策支持子系统中，在决策支持子系统中利用决策公式MAX{Psolar,Pwind,Pvibrate}，其中Psolar代表融合后的太阳能功率数据，Pwind代表融合后的风能功率数据，Pvibrate代表融合后的震动功率数据；得到三者的最大值，将其对应的环境能源编号作为决策信息，输出到环境能量协同控制策略机构得到控制信号，再将该控制信号回传给能量收集模块中的调整电机，以选择当前最佳的环境能源给可充电电池进行充电，可充电电池给WSNs传感器节点及主控模块供能，主控模块中的LCD显示单元显示当前环境能源的功率，GPRS通信单元将采集到的当地环境信息发送到云端计算机，存储单元则是将历史数据保存起来，云端计算机将接收到的主控模块输出数据进行处理，并在网页上发布这些采集到的当地环境信息，用户通过网页实时地查询当地环境的监测数据。