一种地震无线传感器网络中心节点设备的制作方法
【专利摘要】一种地震无线传感器网络中心节点设备，包括处理器模块；移动通信模块；用于卫星通信并获取灾情监控仪的地理位置和时间，为中心节点设备提供统一的时间基准的北斗/GPS定位通信模块；用于为中心节点设备提供无线ZigBee网络数据传输功能的ZigBee模块；实现有线和无线多种网络介质，以及多种传输协议的冗余设计，为地震灾情信息上传提供可靠数据通道的IPv4/IPv6网络模块和电源管理模块；处理器模块分别与移动通信模块、北斗/GPS定位通信模块、ZigBee模块、IPv4/IPv6网络模块和电源管理模块双向通信并连接。本实用新型采用多种通信模块切换的中心节点设备完成前端地震灾情信息传输到地震监控中心的重要环节，解决地震灾情信息的可靠获取的问题。
【专利说明】一种地震无线传感器网络中心节点设备
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种地震防御与应急救援设备，特别是一种地震无线传感器网络中心节点设备。
【背景技术】
[0002]地震监测是指通过获取地震发生时的震动信号，以有线或无线方式将获取的监测信息传送到监控中心。有线网络是重要的信息传输方式，但有线网络无法有效地对一些人力难以到达的恶劣环境地区进行地震监测，而且在应急情况下有线网络往往被破坏，无法传送余震的监测信息。无线传感器网络相对于传统的有线和其它无线网络，具有“自组织、自愈合”的特点，因而能够适应复杂多变的环境，去监测各种有线网络无法有效监测的地区，实现灾难预警与救助。
[0003]大量传感器节点按一定布点规则分布于复杂环境下需要监测的区域，通过自组织方式构成网络以进行上述各种参量的数据采集、预处理等工作。传感器节点将采集到的数据单跳传递给簇头节点，簇头节点逐跳传输，经过单跳或多跳后到达中心节点，再由中心节点通过卫星、公共移动通信网络(GSM、CDMA等)、WLAN等远程传输网络，传送到地震监控中心进行集中处理和预警。因此开发具有多种通信模式并能根据当前网络状况进行选择，将数据及时、可靠地传输到地震监控中心的中心节点设备就显得尤为重要。
实用新型内容
[0004]本实用新型技术解决问题:克服现有技术的不足，提供一种地震无线传感器网络中心节点设备，采用多种通信模块切换的中心节点设备完成前端地震灾情信息传输到地震监控中心的重要环节，解决地震灾情信息的可靠获取的问题。
[0005]本实用新型技术解决方案:一种地震无线传感器网络中心节点设备，包括处理器模块；移动通信模块；用于卫星通信并获取灾情监控仪的地理位置和时间，为中心节点设备提供统一的时间基准的北斗/GPS定位通信模块；用于为中心节点设备提供无线ZigBee网络数据传输功能的ZigBee模块；实现有线和无线多种网络介质，以及多种传输协议的冗余设计，为地震灾情信息上传提供可靠数据通道的IPv4/IPv6网络模块和电源管理模块；处理器模块分别与移动通信模块、北斗/GPS定位通信模块、ZigBee模块、IPv4/IPv6网络模块和电源管理模块双向通信并连接。
[0006]所述处理器模块采用低功耗的ARM处理器，并集成SDRAM、NOR Flash和NANDFlash存储介质。
[0007]所述移动通信模块支持电信CDAM20001X EV-DO、移动TD-SCDMA或联通WCDMA3G网络。
[0008]所述ZigBee模块支持点对点、星形网络、树形网络、网状网络组网方式。
[0009]所述电源管理模块由电源处理器、感震器、实时时钟、人机交互接口、电池、电源控制电路和串行接口组成；感震器、实时时钟、人机交互接口的输出分别与电源处理器的输入端相连接，电源处理器的输出分别与电源控制电路和人机交互接口连接；太阳能供电系统、电池与电源控制电路连接。
[0010]本实用新型与现有技术相比的优点在于:
[0011](I)本实用新型设备利用北斗导航系统短报文通信功能完成地震灾害发生后，数据可靠的传输。
[0012](2)本实用新型IPv4/IPv6网络模块支持有线、无线多种网络传输介质，支持IPv4/IPv6双协议栈，为地震灾害发生后现场灾情数据的上传提供了可靠的信息通路。
[0013](3)本实用新型具有多种通信模式并能根据当前网络状况进行选择，将数据及时、可靠地传输到地震监控中心。
[0014](4)本实用新型根据现场移动通信网络的信号通信质量来选择特定的单一制式，既节省了中心节点的成本，又可以保证地震灾情信息稳定、可靠地上传。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型组成框图；
[0016]图2为本实用新型中电源管理模块的组成框图；
[0017]图3为本实用新型工作原理图；
[0018]图4为本实用新型中的微处理器模块工作流程图；
[0019]图5为本实用新型上传灾情数据的工作流程图。
【具体实施方式】
[0020]如图1所示，本实用新型由处理器模块1、移动通信模块2、北斗/GPS定位通信模块3、ZigBee模块4、IPv4/IPv6网络模块5和电源管理模块6构成。
[0021]处理器模块I核心采用低功耗的ARM处理器，并集成SDRAM、NOR Flash和NANDFlash存储介质。其中，SDRAM是系统内存，NOR Flash作用是存储嵌入式Linux操作系统启动引导程序、内核和根文件系统，NAND Flash作用是存储应用程序及灾情数据。支持嵌入式Linux的应用程序，能够胜任大数据量、大访问量的灾情数据采集、存储和上传等工作。用于其它模块的集成和应用，实现地震现场灾情数据的采集、存储以及上传。
[0022]移动通信模块2可支持电信CDAM20001X EV-D0、移动TD-SCDMA、联通WCDMA3G网络，实现了中心节点通过移动通信网络的无线接入。移动通信模块可根据现场网络的信号通信质量来选择特定的单一制式，既节省了中心节点的成本，又可以保证地震灾情信息稳定、可靠地上传。
[0023]北斗/GPS定位通信模块3用于卫星通信、获取灾情监控仪的地理位置和时间，并为中心节点提供统一的时间基准。北斗/GPS定位通信模块4利用GPS导航系统获取的时间和地理位置信息与地震监测节点通过ZigBee模块传输的地震烈度一起构成地震动的完整要素信息，利用北斗导航系统短报文通信功能完成地震灾害发生后，数据可靠的传输。
[0024]ZigBee模块4为中心节点设备提供无线ZigBee网络数据传输功能，支持点对点、星形网络、树形网络、网状网络等组网方式，能够满足各种标准以及非标准的网络拓扑需求，保证了地震灾情信息通过ZigBee网络可靠地传输到中心节点设备。
[0025]IPv4/IPv6网络模块5支持有线、WiFi无线网络(IEEE802.1lx)等多种网络传输介质，支持IPv4/IPv6双协议栈，实现灾情监控仪的有线/无线网络接入。IPv4/IPv6网络模块5实现了有线和无线多种网络介质，以及多种传输协议的冗余设计，为地震灾情信息的上传提供的可靠的数据通道。
[0026]如图2所示，电源管理模块6以低功耗的CorteX-M3处理器为核心，由电源处理器61、感震器62、实时时钟33、人机交互接口 64、电池55、电源控制电路66和串行接口 67组成，电源处理器61采用Cortex-M3处理器。本实用新型中心节点设备由于配置多种通信模块，整机功耗较大，电池65并不能保证中心节点设备多种通信模块长期连续工作。当未有地震发生时，中心节点设备中只有电源管理模块6工作。电源管理模块6通过电源控制电路66切断电池65与中心节点设备其他部分电源的连接，中心节电设备工作于休眠状态。当电源处理器61收到感震器62、实时时钟63或人机交互接口 64启动请求时，电源控制电路66才会建立电池65与中心节点设备其他部分的电源连接，中心节点设备从而退出休眠状态，进入监控状态。感震器62和实时时钟63产生的启动请求为自动请求。当有地震发生时，感震器62产生启动请求。当实时时钟到达实现设定的某个时间时，实时时钟63产生启动请求。人机交互接口 64产生的启动请求为人工请求。当需要对中心节点设备进行系统设置时，人机交互接口 64产生启动请求。电源处理器61收到启动请求后，电源管理模块6通过电源控制电路66为中心节点设备供电，同时通过串行接口 67向处理器模块I发送启动类型。电源管理模块6实现了中心节点设备的状态切换，达到了电源管理的目的，实现了地震灾情的自动获取。
[0027]图3所示为中心节点设备的总体工作流程。电源管理模块6产生感震启动、定时启动或人工启动三种启动请求。当中心节点设备启动时，电源管理模块6通过电源控制电路56为整个中心节点设备供电。处理器模块I上电后启动操作系统，操作系统启动完成后将控制权转交给运行于处理器模块I之上的应用程序。应用程序用于协调中心节点设备的各个模块实现灾情数据的采集、处理、存储以及上传等功能。应用程序首先从电源管理模块6获得启动类型(感震启动、定时启动和人工启动)，然后根据启动类型执行控制命令，通过ZigBee模块4向地震监测节点发送采集命令，将采集到的灾情数据进行本地的保存，并将这些数据通过移动通信模块2、北斗/GPS定位通信模块3或IPv4/IPv6网络模块5上传灾情数据。
[0028]如图4所示，处理器模块I的应用程序运行后进行各模块的初始化，获得各模块的状态信息，分析中心节点设备的启动类型。当感震启动时，读取灾情数据，上传灾情数据，判断是否完成监测任务，完成则退出程序并关闭仪器，未完成则连续读取和上传灾情数据。当定时启动时，读传感器状态，上传传感器状态，读取灾情数据，上传灾情数据，之后退出程序并关闭仪器。当人工启动时，完成地震灾情监控仪软、硬件设置等人机事件处理，之后退出程序并关闭仪器。
[0029]如图5所示，上传灾情数据流程根据现场网络状况，按照有线通信、无线WiFi通信、移动通信、卫星通信优先级从高到低的顺序，依次尝试与监控中心进行连接，在建立连接后，按照一定格式进行数据传输，在此过程中发生数据传输中断，依次切换到优先级低一级的通信模式，进行数据续传。
[0030]提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。
【权利要求】
1.一种地震无线传感器网络中心节点设备，其特征在于包括处理器模块(I);移动通信模块(2);用于卫星通信并获取灾情监控仪的地理位置和时间，为中心节点设备提供统一的时间基准的北斗/GPS定位通信模块(3);用于为中心节点设备提供无线ZigBee网络数据传输功能的ZigBee模块(4);实现有线和无线多种网络介质，以及多种传输协议的冗余设计，为地震灾情信息上传提供可靠数据通道的IPv4/IPv6网络模块(5)和电源管理模块(6);处理器模块(I)分别与移动通信模块(2)、北斗/GPS定位通信模块(3)、ZigBee模块(4)、IPv4/IPv6网络模块(5)和电源管理模块(6)双向通信并连接。
2.根据权利要求1所述的地震无线传感器网络中心节点设备，其特征在于:所述处理器模块(I)采用低功耗的ARM处理器，并集成SDRAM、NOR Flash和NAND Flash存储介质。
3.根据权利要求1所述的地震无线传感器网络中心节点设备，其特征在于:所述移动通信模块(2)支持电信CDAM20001X EV-DO、移动TD-SCDMA或联通WCDMA3G网络。
4.根据权利要求1所述的地震无线传感器网络中心节点设备，其特征在于:所述ZigBee模块(4)支持点对点、星形网络、树形网络、网状网络组网方式。
5.根据权利要求1所述的地震无线传感器网络中心节点设备，其特征在于:所述电源管理模块(6)由电源处理器(61)、感震器(62)、实时时钟(63)、人机交互接口(64)、电池(65)、电源控制电路￠6)和串行接口 ￠7)组成；感震器(62)、实时时钟(63)、人机交互接口(64)的输出分别与电源处理器(61)的输入端相连接，电源处理器(61)的输出分别与电源控制电路￠6)和人机交互接口 ￠4)连接；太阳能供电系统(65)、电池￠6)与电源控制电路(66)连接。
【文档编号】G01V1/22GK203941297SQ201420318057
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年6月14日 优先权日:2014年6月14日
【发明者】李智涛, 付继华, 谭巧, 王建军 申请人:中国地震局地壳应力研究所