基于异构移动传感器网络的水环境监测平台及系统的制作方法

本实用新型涉及无线传感器网络技术领域，特别涉及一种基于异构移动传感器网络的水环境监测平台及系统。

背景技术：

随着人类对自然越来越多的干预，自然环境也越来越多受到人类环境的影响，因此，对水环境监测，以及时获得水环境的数据，成为目前环保部分或企业需要完成的工作。而对水环境监测，考虑到水环境的特殊性，一般采用无线传感器网络进行检测，无线传感器网络具有大量的具有传感功能的节点，即可完成对环境的大范围监测，同时能够自组织成为网络将监测数据实时上传。

目前，应用于水环境监测的系统主要依靠底层单一标量传感器完成，单一的物理信息容易导致漏报，而且准确性不高。另外节点普遍不具备移动性，一旦位置发生变化无法调整。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于异构移动传感器网络的水环境监测平台及系统，以解决现有的用于水环境监测的无线传感器网络系统所存在的物理信息容易漏报、对发生变化的节点位置适应性较差的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于异构移动传感器网络的水环境监测平台，包括：

周期监测传感设备，与所述网络节点进行通信，用于周期性地监测水环境以获得水环境参数数据，并将所述水环境参数数据发送至所述网络节点；

网络节点，用于收集所述水环境参数数据，并与其他的网络节点进行通信以自组织成为无线网络，以通过无线网络传输所述水环境参数数据；

移动执行单元，与所述网络节点相连，用于在所述网络节点的控制下带动所述网络节点进行移动。

较佳地，所述网络节点包括:

扩展接口单元，用于与周期监测传感设备及移动执行单元进行串行通信；

无线收发单元，用于以无线的形式发送或接收水环境参数数据；

主控制单元，分别与所述扩展接口单元及无线收发单元相连，用于控制所述扩展接口单元获取所述水环境参数数据，发送移动指令至所述移动执行单元以控制其移动，以及控制所述无线收发单元进行水环境参数数据的接收和发送。

较佳地，所述扩展接口单元包括GPIO、UART、SPI以及I2C中的一个或多个串行接口。

较佳地，所述无线收发单元包括支持IEEE802.15.4协议、GSM及/或GPS的射频电路与收发天线。

较佳地，所述网络节点还包括与主控制单元相连的数据存储单元，用于存储所述水环境参数数据。

较佳地，所述存储单元包括64KB的FRAM存储器及1MB的FLASH存储器。

较佳地，所述周期监测传感设备包括若干种水环境监测标量传感器。

较佳地，所述周期监测传感设备包括摄像头，所述网络节点对所述水环境参数数据进行分析，当发现异常时，所述网络节点控制触发所述摄像头工作，所述摄像头在被触发后采集图像数据并发送给所述网络节点。

本实用新型还提供了一种基于异构移动传感器网络的水环境监测系统，包括后端服务器及若干个如上所述的基于异构移动传感器网络的水环境监测平台，各平台的网络节点进行通信以自组织成为无线网络，并通过所述无线网络与所述后端服务器进行通信，以通过所述无线网络控制各平台进行水环境参数的收集并将所述水环境参数数据上传至所述后端服务器。

本实用新型还提供了一种基于异构移动传感器网络的水环境监测系统，包括后端服务器及若干个如上所述的网络节点，所述网络节点进行通信以自组织成为无线网络，并通过所述无线网络与所述后端服务器进行通信，以通过所述无线网络将收集的水环境参数数据上传至所述后端服务器。

本实用新型提供的基于异构移动传感器网络的水环境监测平台及系统具有以下有益效果：

(1)该平台及系统的网络节点集成了上层节点和下层节点的功能，能进一步降低能耗，且有利于降低构建整个网络的成本。

(2)网络节点集成了水质监测和图像采集功能，能进一步降低能耗，且有利于降低构建整个网络的成本；

(3)网络节点采用扩展接口连接传感设备，增强了平台的通用性，具有较高的可扩展性；

(4)无线收发单元可支持多种不同的无线通信模式的选择，有利于提高网络节点的应用领域。

(5)采用移动执行单元移动节点平台，可随时调整测量位置。

附图说明

图1为实施例一提供的水环境监测平台的组成示意图；

图2为实施例一提供的水环境监测平台及其网络节点组成示意图；

图3为实施例一提供的无线收发单元示例图；

图4位实施例二提供的水环境监测系统的组成示意图。

具体实施方式

为更好地说明本实用新型，兹以一优选实施例，并配合附图对本实用新型作详细说明，具体如下：

实施例一：

如图1所示，本实施例提供的基于异构移动传感器网络的水环境监测平台，包括：

周期监测传感设备2，与网络节点1进行通信，用于周期性地监测水环境以获得水环境参数数据，并将采集的水环境参数数据发送至网络节点1；

网络节点1，用于收集所述水环境参数数据，并与其他的网络节点进行通信以自组织成为无线网络，以通过无线网络传输所述水环境参数数据；

移动执行单元3，与网络节点1相连，用于在网络节点1的控制下带动网络节点进行移动。

该水环境监测平台的网络节点具有收集数据并自组织成为无线网络，从而将采集的数据传输至上位机，如后端服务器。而其同时与移动执行单元相连，并根据需要控制移动执行单元从而实现了网络节点的按需要进行移动的目的，避免了网络节点随着水流移动无法全面采集传感设备的数据。而周期监测传感设备单独用于对各项水环境参数数据的采集，再将采集的数据发送给网络节点。传感设备、网络节点、移动执行单元各自执行独立的功能(采集数据、传送数据、移动)，提供了该水环境监测平台的各设备的利用率，同时提供了系统的容错率。

如图2所示，本实施例中的网络节点1包括:

扩展接口单元13，用于与周期监测传感设备2及移动执行单元3进行串行通信；

无线收发单元12，用于以无线的形式发送或接收水环境参数数据；

主控制单元11，分别与扩展接口单元13及无线收发单元12相连，用于控制扩展接口单元13获取所述水环境参数数据，发送移动指令至移动执行单元3以控制其移动，以及控制无线收发单元12进行水环境参数数据的接收和发送。

具体地，无线收发单元12包括支持IEEE802.15.4协议、GSM及/或GPS的射频电路与收发天线。在本实施例中，如图3所示，无线收发单元12采用型号为CC2520的Zigbee/IEEE802.15.4射频收发器，但不限于此，可根据所需无线通信方式的不同选择其他类型的射频收发器。其中，射频收发器的引脚1-7通过GPIO串行通信方式与MCU芯片连接。

扩展接口单元包括GPIO、UART、SPI以及I2C中的一个或多个串行接口。在本实施例中，扩展接口单元13提供GPIO、UART、SPI以及I2C串行接口，可适用于连接多种不同类型的传感设备。在实际应用中，扩展接口可同时接入各类监测传感设备2。

优选地，网络节点1还包括与主控制单元11相连的数据存储单元14，用于存储传感设备采集及传送至网络节点的水环境参数数据。具体地，本实施例中，主控制单元11包括基于低功耗AVR单片机的MCU芯片，在实际应用中，该MCU芯片可采用型号为低功耗AVR2560低功耗8位处理器。该MCU芯片集成有64KB的FLASH存储器，在本实施例中，为防止MCU芯片自身的存储空间不足，还外接了数据存储单元14，在实际应用中，数据存储单元14可包括64KB的FRAM存储器和2MB的FLASH存储器。可根据实际需要决定是否需要外加数据存储单元14，若MCU芯片自身的存储空间已足够，则无需数据存储单元14。

此外，本实施例中的周期监测传感设备2包括若干种水环境监测标量传感器，例如水质传感器、湿度传感器或者含氧度传感器等。

周期监测传感设备2还可根据需要包括若干摄像头，网络节点对水环境参数数据进行分析，当发现异常时，网络节点控制触发摄像头工作，摄像头在被触发后采集图像数据并发送给网络节点。摄像头以及标量传感器的数量及种类可以根据实际需要进行选择。

本实施例提供的网络节点1的使用方法及工作原理如下：

将外部的监测传感设备2和移动执行单元3同时接入网络节点1。一般情况下，周期监测传感设备2按预设的周期进行物理量的数据采集，并将采集到的监测数据通过扩展接口单元13发送给主控制单元11。此时，摄像头是不工作的。主控制单元11将监测数据存储在自身的存储空间或数据存储单元14中；同时，主控制单元11对监测数据进行分析，若发现异常，则触发异常触发摄像头开始工作。周期监测传感设备2采集到的监测数据均由无线收发单元12通过无线网络向外发布。

实施例二：

如图4所示，本实用新型还提供了一种基于异构移动传感器网络的水环境监测系统，包括后端服务器4及若干个如上所述的基于异构移动传感器网络的水环境监测平台，其中，各平台的网络节点进行通信以自组织成为无线网络，并通过无线网络与后端服务器进行通信，以通过无线网络控制各平台进行水环境参数的收集，并将所述水环境参数数据上传至后端服务器。其中，后端服务器4的数量可以是一个或多个。

在本实施例中，网络节点1的工作方式及原理与实施例一的网络节点相同，在此不再赘述。周期监测传感设备2采集到的监测数据均由无线收发单元12通过无线网络向后端服务器4发送。后端服务器4将各个网络节点1发来的监测数据存储在数据库中，可通过后端服务器4对各个网络节点1的工作情况及各传感器的监测情况进行监控，也可通过后端服务器发送控制指令至网络节点，再由网络节点的主控制单元控制其按后端服务器的要求进行相应区域的某些特定的水环境参数的监测。

实施例三：

本实用新型还提供了一种基于异构移动传感器网络的水环境监测系统，包括后端服务器及若干个如实施例一所述的网络节点，所述网络节点进行通信以自组织成为无线网络，并通过所述无线网络与所述后端服务器进行通信，以通过所述无线网络将网络节点收集的水环境参数数据上传至所述后端服务器。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，对本实用新型所做的变形或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。