[發(fā)明專利]一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的植被結(jié)構(gòu)參數(shù)測量裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010134695.4
• 申請日: 2010-03-26
• 公開（公告）號: CN101839732A
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發(fā)明（設計）人: 屈永華;王錦地;姜富斌;董健;呂耘帙;焦思紅
• 申請（專利權(quán)）人: 北京師范大學;北京星視地信科技有限公司
• 主分類號: G01D21/00
• 分類號: G01D21/00;H04W84/18
• 代理公司: 北京慧泉知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的植被冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)測量裝置，其特征在于：它包括由分布在研究區(qū)的冠層上與冠層下的測量節(jié)點和路由節(jié)點組成的無線傳感器網(wǎng)絡；由匯聚節(jié)點與控制終端和遠程服務器連接形成的數(shù)據(jù)處理與節(jié)點控制系統(tǒng)；

無線傳感器網(wǎng)絡跟數(shù)據(jù)處理與節(jié)點控制系統(tǒng)之間的位置連接關(guān)系是：無線傳感器網(wǎng)絡通過在其匯聚節(jié)點上加裝串口模塊，與控制終端上的數(shù)據(jù)處理與節(jié)點控制系統(tǒng)通過RS232串口線近距離的連接；無線傳感器網(wǎng)絡通過在其匯聚節(jié)點上加裝GPRS模塊，與放置于實驗室的遠程服務器上的數(shù)據(jù)處理與節(jié)點控制系統(tǒng)通過GPRS無線通信遠距離的連接；

所述測量節(jié)點是由用于測量冠層上下太陽透過輻射的光傳感器、用于臨時數(shù)據(jù)存儲的數(shù)據(jù)存儲單元、用于提供采集時間的實時時鐘、用于進行無線通信組網(wǎng)和節(jié)點控制運算的核心芯片以及供電單元組成；它們之間的位置連接關(guān)系是：光存儲器，實時時鐘通過I2C與核心芯片連接，數(shù)據(jù)存儲單元通過SPI與核心芯片連接，所有單元都與供電單元連接；該測量節(jié)點的上述所有元器件安裝在節(jié)點電路板上；

所述路由節(jié)點在硬件組成上和測量節(jié)點一樣，只是在驅(qū)動程序上調(diào)用的無線通信協(xié)議棧不一樣，路由節(jié)點可以實現(xiàn)信號中繼的路由功能；

所述匯聚節(jié)點用來匯總來自所有測量節(jié)點的數(shù)據(jù)，并將匯總的數(shù)據(jù)傳輸給控制終端與遠程服務器；該匯聚節(jié)點是在測量節(jié)點的元器件基礎(chǔ)上增加一個GPRS無線通訊模塊及串口通信模塊；由匯聚節(jié)點與控制終端和遠程服務器相連接組成控制裝置即數(shù)據(jù)處理與節(jié)點控制系統(tǒng)，傳遞空間位置信息和數(shù)據(jù)，與無線傳感器網(wǎng)絡之間實現(xiàn)無線通訊；所述測量節(jié)點中，位于冠層下的測量節(jié)點用來獲取一天不同太陽高度角的冠層下太陽透過輻射，位于冠層上的測量節(jié)點用來獲取研究區(qū)一天中不同太陽高度角的太陽總輻射，從以上兩個測量數(shù)值即可提取植被冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)信息；

所述測量節(jié)點之間、測量節(jié)點與路由節(jié)點之間、路由節(jié)點與匯聚節(jié)點之間，以及匯聚節(jié)點與控制終端和遠程服務器的連接關(guān)系是：多個即N＜＝16冠層上的測量節(jié)點與冠層下的測量節(jié)點通過無線通信的方式與路由節(jié)點相連；路由節(jié)點之間，以及路由節(jié)點與匯聚節(jié)點通過無線多跳自組織的方式進行連接；匯聚節(jié)點在本質(zhì)上也屬于一個路由節(jié)點，只不過增加了串口通信模塊和GPRS模塊；匯聚節(jié)點通過串口和GPRS無線通訊模塊與控制終端及遠程服務器相連；

所述測量節(jié)點與路由節(jié)點之間，路由節(jié)點與匯聚節(jié)點之間，以及匯聚節(jié)點與控制終端和遠程服務器的位置關(guān)系是：測量節(jié)點在測量區(qū)域隨機分布，每16個測量節(jié)點附近至少要有一個路由節(jié)點作為信號中繼點，測量節(jié)點與路由節(jié)點之間最遠距離不超過200m；路由節(jié)點采用無線多跳的方式進行連接，任一路由節(jié)點周圍200m范圍內(nèi)至少要有一個路由節(jié)點與其相連；匯聚節(jié)點可以放置于任一路由節(jié)點周圍200m范圍內(nèi)；匯聚節(jié)點可以使用串口線實現(xiàn)匯聚節(jié)點與控制終端的短距離數(shù)據(jù)傳輸，也可以使用匯聚節(jié)點的GPRS模塊實現(xiàn)匯聚節(jié)點與遠程服務器的遠距離數(shù)據(jù)傳輸；

所述數(shù)據(jù)處理與節(jié)點控制系統(tǒng)運行于控制終端和遠程服務器，當數(shù)據(jù)從測量節(jié)點經(jīng)由路由節(jié)點，匯聚節(jié)點，最終傳送到控制終端和遠程服務器以后，數(shù)據(jù)處理與節(jié)點控制系統(tǒng)可以自動的讀取并分析數(shù)據(jù)，從中提取各測量節(jié)點不同太陽高度角下的植被冠層方向間隙率，利用提取的間隙率反演出該節(jié)點處植被冠層的葉面積指數(shù)與葉傾角分布，并將結(jié)果可視化顯示；同時，操作人員可以通過數(shù)據(jù)處理與節(jié)點控制系統(tǒng)向測量節(jié)點發(fā)送命令，改變測量節(jié)點的參數(shù)設置，從而達到控制目的。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的植被冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)測量裝置，其特征在于：該光傳感器為一3×3mm2的光電轉(zhuǎn)換器，其芯片型號是TSL2561。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的植被冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)測量裝置，其特征在于：該數(shù)據(jù)存儲器為一容量1Mbit的M25P10存儲器。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的植被冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)測量裝置，其特征在于：該實時時鐘是選用PCF8563芯片計時。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的植被冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)測量裝置，其特征在于：該用于進行無線通信組網(wǎng)和節(jié)點控制運算的核心芯片，是JENNIC公司提供的JN5139-Z01-M02R1模塊。