本實(shí)用新型專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種煤田火區(qū)監(jiān)測(cè)無(wú)線傳感器網(wǎng)關(guān)，包括匯聚節(jié)點(diǎn)、GPRS模塊、電源模塊和控制開(kāi)關(guān)。電源模塊與匯聚節(jié)點(diǎn)直接相連；匯聚節(jié)點(diǎn)與GPRS模塊相連，雙向傳遞數(shù)據(jù)；控制開(kāi)關(guān)的輸入端與電源模塊相連，輸出端與GPRS模塊相連，控制端與匯聚節(jié)點(diǎn)相連；匯聚節(jié)點(diǎn)能夠通過(guò)控制開(kāi)關(guān)對(duì)GPRS模塊的供電進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。匯聚節(jié)點(diǎn)以無(wú)線微處理器芯片為核心，配以外圍電路集成在一塊電路板上；控制開(kāi)關(guān)為數(shù)字開(kāi)關(guān)，由三極管、MOS管、光電耦合器和電阻構(gòu)成。本實(shí)用新型專(zhuān)利技術(shù)可應(yīng)用于煤田火區(qū)低頻度數(shù)據(jù)采集無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中，自身帶有數(shù)據(jù)采集功能，可進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，能夠?qū)崿F(xiàn)整體休眠、降低能耗、緩解網(wǎng)絡(luò)能量瓶頸問(wèn)題。（*該技術(shù)在2024年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種煤田火區(qū)監(jiān)測(cè)無(wú)線傳感器網(wǎng)關(guān)
本技術(shù)屬于無(wú)線傳感器
，具體涉及無(wú)線傳感器網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)。
技術(shù)介紹
在煤田滅火和火區(qū)治理、管理中，需要有對(duì)煤層溫度實(shí)時(shí)、實(shí)地、直接測(cè)量的遠(yuǎn)程、長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)手段，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為此提供了可能。部署在現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采集火區(qū)溫度匯集到網(wǎng)關(guān)，經(jīng)由GPRS模塊穿越移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)連接到遠(yuǎn)端服務(wù)器。遠(yuǎn)離基礎(chǔ)設(shè)施的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)無(wú)持續(xù)性供電，能耗問(wèn)題是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)又是網(wǎng)絡(luò)能耗的瓶頸，需要開(kāi)發(fā)一個(gè)低功耗的網(wǎng)關(guān)。現(xiàn)有能進(jìn)行遠(yuǎn)程通信的無(wú)線傳感器網(wǎng)關(guān)一般由單片機(jī)或嵌入式板作為主控芯片，連接匯聚節(jié)點(diǎn)和GPRS模塊或以太網(wǎng)卡組成[I~4]，收集無(wú)線傳感器一般節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)給服務(wù)器，自身不具備數(shù)據(jù)采集功能，以無(wú)休眠方式工作。持續(xù)工作時(shí)網(wǎng)關(guān)能耗在IOOmA以上，待機(jī)時(shí)功耗有η X IOmA,采用一個(gè)45Ah的大容量電池能維持供電一個(gè)月左右。在煤田火區(qū)監(jiān)測(cè)的低頻度信息采集中，網(wǎng)關(guān)絕大部分能量都在待機(jī)中消耗。如果讓網(wǎng)關(guān)在信息采集間隙休眠(不單指匯聚節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)其余組件也要能休眠)，會(huì)降低能耗。新近出產(chǎn)的無(wú)線傳感器芯片[5~6]集成了微處理器，選用此類(lèi)芯片為核心形成的節(jié)點(diǎn)可以兼有收集數(shù)據(jù)和控制功能，能夠替代網(wǎng)關(guān)中的主控芯片，減少組成部件。核心芯片休眠電流都在μΑ級(jí)，節(jié)點(diǎn)能耗主要集中在外圍電路；GPRS模塊自身不具備休眠功能，需要外加控制手段。對(duì)比文件[I]王金林，張文博，楊嘯宇，石慧.嵌入式無(wú)線傳感器網(wǎng)關(guān).CN102932966A.[2] 丁承君，李紅磊，張建英.無(wú)線氣體傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，41 (6) ,2012.12.[3]應(yīng)致標(biāo)，許康金，江為陽(yáng)，章國(guó)良，周建.無(wú)線傳感器網(wǎng)關(guān)設(shè)備.CN201323659Y[4]王宜懷，吳瑾，張文哲，伏玉琢，郭蕓.無(wú)線傳感器網(wǎng)關(guān)裝置.CN102387609A[5] Jennie.JN_DS-JN5139-xxx_Myy Iv6 [DB/0L].http: //www.jennic.com/support/datasheets/jn5139_module_datasheet, 2010-1[6] TIC0.Ltd.2530Datasheet [DB/0L].http: //www.t1.com.cn/product/cn/cc2530,2010-10
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的在于提供一種能夠整體休眠的煤田火區(qū)監(jiān)測(cè)無(wú)線傳感器網(wǎng)關(guān)，以實(shí)現(xiàn)低功耗工作模式下的無(wú)線數(shù)據(jù)的采集、收集、轉(zhuǎn)發(fā)及遠(yuǎn)程傳輸。為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本技術(shù)采用的具體技術(shù)方案如下:一種煤田火區(qū)監(jiān)測(cè)無(wú)線傳感器網(wǎng)關(guān)，包括匯聚節(jié)點(diǎn)(I)、GPRS模塊(2)、電源模塊(3)和控制開(kāi)關(guān)(4)，其特征在于:匯聚節(jié)點(diǎn)(I)與GPRS模塊(2)相連，以進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信；電源模塊(3)與匯聚節(jié)點(diǎn)(I)直接相連、通過(guò)控制開(kāi)關(guān)(4)與GPRS模塊(2)相連，控制開(kāi)關(guān)⑷與匯聚節(jié)點(diǎn)⑴相連；匯聚節(jié)點(diǎn)⑴以無(wú)線微處理器芯片(101)為核心，配以外圍電路集成在一塊電路板上；網(wǎng)關(guān)能夠整體休眠。所述控制開(kāi)關(guān)(4)與匯聚節(jié)點(diǎn)(I)集成在同一塊電路板中；控制開(kāi)關(guān)(4)的輸入端(401)連接電源模塊(3)，輸出端(402)連接GPRS模塊(2)，控制端(403)連接匯聚節(jié)點(diǎn)(I);當(dāng)匯聚節(jié)點(diǎn)⑴休眠時(shí)控制開(kāi)關(guān)⑷關(guān)閉，關(guān)斷GPRS模塊⑵電源；當(dāng)匯聚節(jié)點(diǎn)(I)蘇醒時(shí)控制開(kāi)關(guān)⑷打開(kāi)，給GPRS模塊⑵供電。所述控制開(kāi)關(guān)(4)為數(shù)字開(kāi)關(guān)，由MOS管VT1、三極管VT2、光電耦合器OC和電阻R所述外圍電路包括電源電路(102)、外部時(shí)鐘(103)、晶振電路(104)、LED電路(105)、高溫采集電路(106)、天線匹配電路(107)、電壓測(cè)量(108)、MiniUSB 口 (109)和RS232串口(110)，分別與無(wú)線微處理器芯片(101)相連。本技術(shù)具有有益效果。(I)本專(zhuān)利技術(shù)的煤田火區(qū)監(jiān)測(cè)無(wú)線傳感器網(wǎng)關(guān)由匯聚節(jié)點(diǎn)直接與GPRS模塊相連構(gòu)成，無(wú)需另加控制芯片，優(yōu)化了組成部件；可進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、收集、轉(zhuǎn)發(fā)以及遠(yuǎn)程雙向傳輸。匯聚節(jié)點(diǎn)控制GPRS模塊電源開(kāi)關(guān)，使網(wǎng)關(guān)能夠整體休眠，在低頻度數(shù)據(jù)采集應(yīng)用中減少能耗。(2)本專(zhuān)利技術(shù)通過(guò)在匯聚節(jié)點(diǎn)上添加高溫采集模塊，使其兼有普通節(jié)點(diǎn)的采集火區(qū)煤層高溫?cái)?shù)據(jù)的功能,增加網(wǎng)絡(luò)空間監(jiān)測(cè)密度。(3)本專(zhuān)利技術(shù)的最小化匯聚節(jié)點(diǎn)在滿(mǎn)足監(jiān)測(cè)需求下包含最少外圍電路，功耗低。【附圖說(shuō)明】圖1是本專(zhuān)利技術(shù)無(wú)線傳感器網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本專(zhuān)利技術(shù)匯聚節(jié)點(diǎn)電路原理圖；圖3是本專(zhuān)利技術(shù)GPRS模塊電源控制開(kāi)關(guān)電路原理圖。圖中:1、匯聚節(jié)點(diǎn)2、GPRS模塊3、電源模塊4、控制開(kāi)關(guān)101、無(wú)線微處理器芯片102、電源電路103、外部時(shí)鐘104、晶振電路105、LED電路106、高溫采集電路107、天線匹配電路108、電壓測(cè)量109、MiniUSB 口 110、RS232串口401、輸入端402、輸出端403、控制端【具體實(shí)施方式】為進(jìn)一步解釋本技術(shù)的目的、技術(shù)方案和有益效果，以TI公司CC2530芯片作為匯聚節(jié)點(diǎn)核心、上海毅加EP221P無(wú)線數(shù)傳終端作為GPRS模塊為例，從無(wú)線傳感器網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)、電路原理以及控制開(kāi)關(guān)的電路原理三部分進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。1.本技術(shù)所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)關(guān)由匯聚節(jié)點(diǎn)1、GPRS模塊2、電源模塊3和控制開(kāi)關(guān)4組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。(I)匯聚節(jié)點(diǎn)I與GPRS模塊2通過(guò)串口相連進(jìn)行雙向通信，電源模塊3與匯聚節(jié)點(diǎn)I直接相連、與GPRS模塊2通過(guò)控制開(kāi)關(guān)4相連；控制開(kāi)關(guān)4與匯聚節(jié)點(diǎn)I相連。(2)選用TI公司CC2530芯片作為核心，加外圍電路形成匯聚節(jié)點(diǎn)I。CC2530芯片是用于2.4GHz, IEEE802.15.4,ZigBee和RF4CE應(yīng)用的一個(gè)片上系統(tǒng)，結(jié)合了 RF收發(fā)器、增強(qiáng)型8051CPU、系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存、8-KBRAM和其它功能。(3 )GPRS模塊2選用上海毅加EP22IP無(wú)線數(shù)傳終端，即插即用，實(shí)現(xiàn)RS232與GPRS網(wǎng)絡(luò)透明轉(zhuǎn)換，支持900/1800GSM/GPRS系統(tǒng)，供電為5?12V直流電。(4)電源模塊3選用6V12Ah蓄電池，給GPRS模塊2和匯聚節(jié)點(diǎn)I統(tǒng)一供電。(5)網(wǎng)關(guān)可以整體休眠。在煤田火區(qū)高溫監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，數(shù)據(jù)采集間隔可為幾小時(shí)或幾天，每個(gè)周期中工作時(shí)間僅需幾分鐘，剩余時(shí)間采用休眠方式可節(jié)省能量。匯聚節(jié)點(diǎn)I休眠時(shí)給控制開(kāi)關(guān)4指示信號(hào)關(guān)斷GPRS模塊2的電源供給，使GPRS模塊2無(wú)需耗電；匯聚節(jié)點(diǎn)I蘇醒后給控制開(kāi)關(guān)4指示信號(hào)打開(kāi)GPRS模塊2的電源，使GPRS模塊2上電工作。2.如圖2所示，匯聚節(jié)點(diǎn)I的無(wú)線微處理器芯片101采用CC2530芯片，外圍電路由電源電路102、外部時(shí)鐘103、晶振電路104、LED電路105、高溫采集電路106、天線匹配電路 107、電壓測(cè)量 108、MiniUSB 口 109、RS232 串口 110 組成。(1)CC2530芯片有40個(gè)引腳，39引腳、31引腳、29引腳、28引腳、27引腳連接電源VCC，1?4引腳接地。6引腳、9引腳、12引腳、13引腳、15引腳未用，40引腳通過(guò)15pF電容接地，30引腳通過(guò)56K電阻接地。(2)電源電路102中，蓄電池BAT提供的6V電壓，經(jīng)下壓式開(kāi)關(guān)SWl、保險(xiǎn)絲本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種煤田火區(qū)監(jiān)測(cè)無(wú)線傳感器網(wǎng)關(guān)，包括匯聚節(jié)點(diǎn)(1)、GPRS模塊(2)、電源模塊(3)和控制開(kāi)關(guān)(4)，其特征在于：匯聚節(jié)點(diǎn)(1)與GPRS模塊(2)相連，以進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信；電源模塊(3)與匯聚節(jié)點(diǎn)(1)直接相連、通過(guò)控制開(kāi)關(guān)(4)與GPRS模塊(2)相連，控制開(kāi)關(guān)(4)與匯聚節(jié)點(diǎn)(1)相連；匯聚節(jié)點(diǎn)(1)以無(wú)線微處理器芯片(101)為核心，配以外圍電路集成在一塊電路板上；網(wǎng)關(guān)能夠整體休眠。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種煤田火區(qū)監(jiān)測(cè)無(wú)線傳感器網(wǎng)關(guān)，包括匯聚節(jié)點(diǎn)(1)、GPRS模塊(2)、電源模塊(3)和控制開(kāi)關(guān)(4)，其特征在于:匯聚節(jié)點(diǎn)⑴與GPRS模塊⑵相連，以進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信；電源模塊(3)與匯聚節(jié)點(diǎn)(I)直接相連、通過(guò)控制開(kāi)關(guān)(4)與GPRS模塊(2)相連，控制開(kāi)關(guān)⑷與匯聚節(jié)點(diǎn)⑴相連；匯聚節(jié)點(diǎn)⑴以無(wú)線微處理器芯片(101)為核心，配以外圍電路集成在一塊電路板上；網(wǎng)關(guān)能夠整體休眠。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤田火區(qū)監(jiān)測(cè)無(wú)線傳感器網(wǎng)關(guān)，其特征在于:所述控制開(kāi)關(guān)⑷與匯聚節(jié)點(diǎn)⑴集成在同一塊電路板中；控制開(kāi)關(guān)⑷的輸入端(401)連接電源模塊(3)，輸出端(402)連接GPRS模塊(2)，控制端(403)連接匯聚節(jié)點(diǎn)(I);當(dāng)匯...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：曹清華，閆述，聞萍，譚成龍，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：江蘇大學(xué)，
類(lèi)型：新型
國(guó)別省市：江蘇;32
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