[發明專利]一種環境數據采集系統及方法

在審

• 申請號: 201711258315.6
• 申請日: 2017-12-04
• 公開（公告）號: CN107949045A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 楊志軍;蘇楊
• 申請（專利權）人: 云南大學;云南省教育科學研究院
• 主分類號: H04W52/02
• 分類號: H04W52/02;H04W74/06;H04W74/08;H04W84/18
• 代理公司: 昆明今威專利商標代理有限公司53115
• 代理人: 賽曉剛

技術領域

本發明涉及一種環境數據采集系統及方法，尤其是在通過構建無線傳感器網絡進行環境數據的采集實現對特定環境進行監控這個方面，屬無線傳感器網絡領域。

背景技術

隨著我國經濟的飛快發展，環境污染的情形變得越來越嚴重，比如水資源污染、大氣污染等等，已經威脅到了人們的健康生活。但是目前我國對環境監測的信息化程度還遠遠不夠，根本無法滿足我國急需的環境保護與發展的需要。環境數據化、信息化，使各個地方的人們能夠共享數據是我國未來環境保護與發展的重要方向。

無線傳感器網絡作為下一代的傳感器網絡，它在人們的各個領域和生產活動都有著廣闊應用前景。線傳感器網絡的通信能力有限，覆蓋范圍只有幾十到幾百米。并且節點在傳輸數據的過程中，還可能會受到大山、高建筑物以及環境氣候的影響，將導致節點的通信能力大大降低，使用何種方法來提高節點的能力這是在無線傳感器網絡中需要考慮的一個重要因素。

發明內容

本發明目的在于克服現有技術不足，提供一種從環境數據到實現對特定區域環境監測的方法，則是利用硬件平臺傳感器節點和軟件平臺無線傳感器網絡操作系統TinyOS，在運用上一定的服務機制，來構建一個環境數據的采集平臺系統。

為了能夠通過移動終端實現對環境區域的遠程監控需要制作相應的應用軟件來進行環境采集數據的讀取和分析，可以通過移動終端觀察所采集的數據，實現對特定的區域環境進行監控。

本發明選擇一個中心控制節點作為匯聚節點，多個傳感器節點作為普通的數據采集節點來構成一個分族形式的傳感器網絡結構。同時選擇在匯聚節點上建立一個輪詢服務表，輪詢服務表則反映了匯聚節點對底端采集數據節點的順序，表中的節點地址和查詢順序號可以是一對多的對應關系，即一個節點可以在該次輪詢中訪問多次。匯聚節點與采集節點之間建立通信，為了延長采集節點的使用壽命，采集節點在沒有接收到采集數據的命令時需要保持睡眠狀態，然后消耗少許的能量來進行命令幀的監聽，當匯聚節點向采集節點發送一個信標幀采集節點進行喚醒，此時采集會根據信標幀中所包含的指令去采集數據。

本發明輪詢服務機制的引入，把無線傳感器網絡的多跳通信方式，變成單跳的輪詢訪問方式，避免了常見的隨機多址協議中因碰撞帶來的能量損耗，保證數據業務的服務質量，使用輪詢系統控制方法的輪詢控制工作流程主要如下：

如果選擇該控制節點是匯聚節點，則匯聚節點會根據輪詢服務表依次向采集節點發送信標幀，喚醒采集節點，接收該采集節點所收集的數據，直至最后一個采集節點被服務完成，然后會立即跳轉至第一個采集節點，再一次對采集節點進行服務。

如果該控制節點是采集節點，則采集節點將等待接受來自于匯聚節點所發送的命令，一旦接收到命令，采集節點就會進入到工作狀態，對所需環境參數進行采集。當采集任務完成之后采集節點就會進入睡眠偵聽狀態，進而轉入下一節點。

當采集節點與匯聚節點之間的通信建立好之后，下一步需要進行數據的傳輸。為了便于采集節點搭載不同的傳感器節點，所以在對節點設計時不用固定的去限制一個傳感器采集節點的功能。采集節點連接傳感器時則只需要通過采集節點上所預留的IO接口使用杜邦線來進行相連，在連接時所需要注意的是分清楚IO接口所設定的功能，然后與傳感器相對應的引腳進行相連，如果與引腳錯接則導致最嚴重的后果是傳感器被燒毀，將無法再次使用。除此之外，采集節點與傳感器相連時還不能直接被使用，這需要在采集數據的程序中加入驅動程序。TinyOS操作系統可以直接使用c程序，但在使用c程序的時候需要對搭建的TinyOS運行環境文件進行配置，增加其引用的路徑。驅動添加完成之后，采集節點就可讀取傳感器的數據，進一步將數據發送給匯聚節點。

同時本發明中，將串口通信和基于Android終端的通信方式加入到對采集數據的觀察之中，這樣可以大大的提升該環境數據采集系統智能化與高效性。串口通信的方式雖然便捷，時效性高，但其通信距離受限，這也是其作為通信方式的一個短板。而Android終端通信方式非常適合與距離的通信，但其通信方式與串口通信相比則較為繁雜，因此兩種通信方式的優劣互補，真正體現了該發明的實用性。