专利名称：一种基于双电源模块的无线传感器网络节点的制作方法
技术领域：
本发明属于无线传感器网络技术，具体涉及一种无线传感器网络节点。
背景技术：
无线传感器网络(Wireless Sensor Network)是目前国内外研究者广泛关注的一 个重要研究领域。无线传感器网络是由微机电系统、片上系统和无线通信技术调度集成而 孕育出的一种新型信息获取和处理模式。它综合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络 及无线通信技术、分布式信息处理等先进技术，能够协同地实时监测、感知和采集无线传感 器网络覆盖区域中各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理，处理后的信息通过无线 方式发送，并以自组多跳的网络方式传送给网络观察者。与传统的信息获取方式相比，无线 传感器网络具有自组织、功耗小、廉价和快速部署、可扩展性强、能在恶劣和特殊的环境下 正常工作等优点。目前无线传感器网络已经广泛应用于灾难预警与救助，环境控制和生物 多样化勘测，智能楼宇，设备管理，机器监视和维护，精细农业，药品管理和卫生保健，运输 与信息通信业务等领域。目前，无线传感器网络节点通常采用整体单个封装的技术，由于无线传感器网络 节点一般均采用有限电源供电技术。当电源电力耗尽时，整个节点也就被遗弃。无线传感 器网络的这一特点，起源于无线传感器网络最初的应用场合一般是处于环境比较恶劣，对 节点进行维护是不可实现或是在成本上是不经济的。但随着无线传感器网络应用的范围越 广泛，很多应用场合(如设备管理，机器监视和维护，精细农业等)中，无线传感器网络的节 点回收在经济上是可行和可操作的，而且节点的回收也可以在一定程度上降低实施无线传 感器网络的成本。目前对节点失效的检测方法主要是依靠节点的邻居节点，通过采用某种 算法验证当前节点是否失效。这种方法由于需要定期的发送探询信息，而每发送一次信息， 无线传感器网络节点都将消耗相当一部分的能量，从而导致整个网络整体工作寿命较短。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具备自动失效预警与可重用的无线传感器网络节点， 能够解决具体应用当中因电池耗尽而导致节点失效的预警与失效检测问题。采用的具体技术方案如下一种具备自动失效预警与可重用的无线传感器网络节点，包括电源模块，无线传 输模块，传感器模块，数据处理模块和自预警模块，其中，所述电源模块用于向节点供电，包括主电源模块和可充电的次电源模块，所述主 电源模块用于节点正常工作时的供电，所述可充电的次电源模块用于在主电源模块失效或 其电能耗尽时向节点供电；所述无线传输模块用于与无线传感器网络的外部基站设施或其它无线传感器网 络节点进行通信，接收无线传感器网络的外部基站设施或其它无线传感器网络节点输出的 数据，并把这些数据传输给数据处理模块进行处理，同时从数据处理模块获取处理后的数据发送给无线传感器网络的外部基站设施或其它无线传感器网络节点；所述传感器模块用于采集无线传感器网络具体应用所需采集的数据，并把这些数 据递交给数据处理模块；所述数据处理模块，包括控制模块和存储模块，用于对整个无线传感器网络节点 的控制，监控和对收集或接收到数据的进行存储与处理，其中，控制模块是所述无线传感器 网络节点的核心，它处理从传感器模块采集到的和从无线传输模块当中接收到的数据，并 判决何时通过无线传输模块发送这些数据和从其它传感器节点接收数据，存储模块用于存 储无线传感器节点上的各类数据；所述自预警模块用于无线传感器网络节点失效预警，当主电池模块即将失效或其 电能即将耗尽时，自预警模块提供可供维护人员获知该节点即将失效的预警信息。作为本发明的进一步改进，所述的预警信息为物理信号预警信息和/或失效预警 代码。作为本发明的进一步改进，所述物理信号预警信息为警鸣的声音警告或闪烁红色 指示灯，所述失效预警代码在传感器网络部署时预先定义。作为本发明的进一步改进，当所述无线传感器网络节点在无线传感器网络具体应 用当中仅承担数据中转作用时，无线传感器节点中可以不包括所述传感器模块。利用基于本发明的无线传感器网络节点组建的无线传感器网络可广泛的应用于 无线传感器网络节点可回收或单节点失效会对整个无线传感器网络产生较大影响的环境 中，本发明的无线传感器网络节点具有双电源模块，并具有安装方便、维护简单，维护成本 低，可靠性高等优点。解决目前由普通无线传感器节点组成无线传感器网络在实际应用中 因不断探询节点是否失效而导致的能量消耗问题，进而延长整个无线传感器网络的使用寿 命。
图1本发明的系统结构图；图2本发明的无线传感器网络节点中主电源模块正常工作时，各模块连接图；图3本发明的无线传感器网络节点中主电源模块无法正常工作时，各模块连接 图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的描述。如图1所示，基于双电源模块的无线传感器网络节点包括电源模块1，无线传输模 块2，传感器模块3，数据处理模块4和自预警模块5。电源模块1作为整个系统的关键部分，用于向节点供电，由主电源模块11和可充 电的次电源模块12组成。主电源模块11用于节点正常工作时的供电，主电源模块11根据 具体的应用可选用相应类型的电池，电池须具有容量大，自放电必须低，电池的工作寿命较 长等特点。一般可选用普通的大容量的AA碱性电池或锂电池。可充电的次电源模块12用 于在主电源模块11失效或电能耗尽(即主电源模块11不能正常工作)的情况下向节点供 电，同时自动开启自预警模块5，次电源模块12可选用带充电功能的纽扣电池。当主电源模块11可正常工作时，次电源模块12除与主电源模块11进行连接外，与节点的其它模块处 于断开状态；当主电源模块11不能正常工作时，次电源模块12与主电源模块11断开，并与 节点其它模块进行电路连接，为节点其它模块提供电力，同时自动开启自预警模块5。无线传输模块2通过采用无线传输协议(如ZigBee，蓝牙等)与其它无线传感器 网络节点或无线传感器网络的外部基站设施进行通信。它收取其它无线传感器网络节点或 无线传感器网络的外部基站设施提供的外部数据，并把这些数据提供给数据处理模块4进 行处理，同时从数据处理模块4那里获取数据并把它发送给其它无线传感器网络节点或无 线传感器网络的外部基站设施。无线传输模块2可采用Chipcon CC2430无线通讯芯片的 无线收发机，CC2430是符合IEEE 802. 15. 4协议的射频芯片。目前国内市场上成都无线龙 公司可提供基于CC2430芯片的无线通信模块。传感器模块3用于采集无线传感器网络具体应用所需采集的数据，并把这些数据 递交给数据处理模块4。根据具体的应用和节点用途不同，节点的传感器模块3可能不同。 特别是当无线传感器网络节点在无线传感器网络应用当中仅承担数据中转作用时，无线传 感器节点可以去除传感器模块3。传感器模块3主要由传感器构成，根据无线传感器网络的 应用不同而采用不同类型的传感器，如温度传感器，振动测量器，湿度测量器，光传感器等。数据处理模块4，包括控制模块和存储模块，用于对整个无线传感器网络节点的控 制，监控和对收集或接收到数据的存储与处理。控制模块是整个无线传感器网络节点的核 心。它存储并处理从传感器模块3采集到数据和从无线传输模块2当中接收到的数据，判 决何时通过无线传输模块2发送这些数据和从其它传感器节点接收数据。控制模块是节点 的中央处理单元。目前，无线传感器节点中控制模块通常采用的微控制器包括Atmel处理 器或Texas Instruments MSP430等。存储模块用于存储无线传感器节点的程序源码与数 据，它一般由随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)组成。随机存储器用来存储节点内的 数据，只读存储器用来存储程序内的源码。自预警模块5用于无线传感器网络节点失效预警，当主电池模块11电量不足时， 通过提供可供维护人员获知该节点即将失效的预警信息，预警信息包括物理信号预警信息 (如警鸣声，红色指示灯等)和失效预警代码，同时可向数据处理模块4发送节点即将失效 预警代码。在实际应用当中，自预警模块5提供的物理信号预警信息可以是警鸣的声音警 告，也可以是闪烁红色指示灯，抑或是两者的结合。自预警模块5向数据处理模块4发送节 点即将失效预警代码是在传感器网络部署时预先定义好的，根节点或无线传感器网络基站 在接收到某一无线传感器网络节点发送出的失效预警代码，即认为该节点即将失效的，并 在无线传感器网络的控制系统内显示出来，提示维护人员进行节点维护。本发明的无线传感器网络节点中主电源模块11正常工作时，各模块连接如附图2 所示。由主电源模块11为节点的数据处理模块4，传感器模块2，无线传输模块3提供电力 支持，同时为次电池模块12进行充电。另外次电池模块12与自预警模块5处于断开状态， 自预警模块5由于得不到电力供应而处于关闭状态。本发明的无线传感器节点中主电源模块无法正常工作时，各模块连接如附图3所 示。当主电源模块11的无法正常工作时，无线传输模块2，传感器模块3，数据处理模块4 与主电源模块11断开，与次电源模块12连接。同时，次电源模块12与自预警模块5建立 连接，自动启动自预警模块5。
权利要求
一种具备自动失效预警与可重用的无线传感器网络节点，包括电源模块(1)、无线传输模块(2)、传感器模块(3)、数据处理模块(4)和自预警模块(5)，其中，所述电源模块(1)用于向节点供电，包括主电源模块(11)和可充电的次电源模块(12)，所述主电源模块(11)用于节点正常工作时的供电，所述可充电的次电源模块(12)用于在主电源模块(11)失效或其电能耗尽时向节点供电；所述无线传输模块(2)用于与无线传感器网络的外部基站设施或其它无线传感器网络节点进行通信，接收无线传感器网络的外部基站设施或其它无线传感器网络节点输出的数据，并把这些数据传输给数据处理模块(4)进行处理，同时从数据处理模块(4)那里获取处理后的数据发送给无线传感器网络的外部基站设施或其它无线传感器网络节点；所述传感器模块(3)用于采集无线传感器网络具体应用所需采集的数据，并把这些数据递交给数据处理模块(4)。所述数据处理模块(4)，包括控制模块和存储模块，用于对整个无线传感器网络节点的控制，监控和对收集或接收到数据的进行存储与处理，其中，所述控制模块处理从传感器模块(3)采集到的和从无线传输模块(2)当中接收到的数据，并控制所述无线传输模块(2)来发送这些数据和从其它传感器节点接收数据，所述存储模块用于存储无线传感器节点上的数据。所述自预警模块(5)用于无线传感器网络节点失效预警，当主电池模块(11)失效时，自预警模块(5)提供可供维护人员获知该节点即将失效的预警信息。
2.根据权利要求1所述的一种具备自动失效预警与可重用的无线传感器网络节点，其 特征在于，所述的预警信息为物理信号预警信息和/或失效预警代码。
3.根据权利要求2所述的一种具备自动失效预警与可重用的无线传感器网络节点，其 特征在于，所述物理信号预警信息为警鸣的声音警告或闪烁红色指示灯，所述失效预警代 码在传感器网络部署时预先定义。
4.根据权利1-3所述的一种具备自动失效预警与可重用的无线传感器网络节点，其特 征在于，当所述无线传感器网络节点在无线传感器网络具体应用当中仅承担数据中转作用 时，无线传感器节点中可以不包括所述传感器模块(3 )。全文摘要
本发明涉及一种可重复使用的无线传感器网络节点，所述节点包括电源模块，传感器模块，数据处理模块，无线传输模块和自预警模块。电源模块包括主电源模块和可充电的次电源模块。当主电源模块可正常工作时，由主电源模块为节点其它模块(除自预警模块外)提供电力，并为可充电的次电源模块进行充电。当主电源模块无法正常工作时，节点的电力全部由可充电的次电源模块供应，同时自动开启自预警模块，以提供可供维护人员获知该节点即将失效的预警信息，无线传感器网络维护人员在接收到节点发出节点即将失效的预警信息时，即可组织对该节点进行及时的维护。本发明的无线传感器网络节点具有安装方便、维护简单，维护成本低，可靠性高等优点。
文档编号H04W84/18GK101951631SQ20101028243
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月16日 优先权日2010年9月16日
发明者周茂丰, 喻道远, 安进, 李世杭, 袁小东, 邵新宇, 黄刚 申请人:华中科技大学