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1、(10)申请公布号 CN 102252711 A (43)申请公布日 2011.11.23 CN 102252711 A *CN102252711A* (21)申请号 201010182324.3 (22)申请日 2010.05.21 G01D 21/02(2006.01) G08C 17/02(2006.01) H04W 84/18(2009.01) (71)申请人 沈阳新邮通信设备有限公司 地址 110136 辽宁省沈阳市沈北新区道义经 济开发区沈北路 51 号 (72)发明人 谭群辉 (74)专利代理机构 上海智信专利代理有限公司 31002 代理人 薛琦 (54) 发明名称 无线传感器。
2、及传感系统 (57) 摘要 本发明公开了一种无线传感器， 其包括一传 感模块， 该无线传感器还包括 ： 一与该传感模块 相连的 MCU ； 一与该 MCU 相连的无线通信模块 ； 一 与该传感模块、 该 MCU 及该无线通信模块均相连 的电源模块， 用于向该传感模块、 该 MCU 及该无 线通信模块供电。本发明还公开了一种包括多个 上述无线传感器以及至少一个终端设备的传感系 统。 本发明能够极大地节省作业所需的人力物力， 极大地提高作业效率， 并且还能够极大地提高作 业安全性。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 。
3、页 附图 2 页 CN 102252717 A1/1 页 2 1. 一种无线传感器， 其包括一传感模块， 其特征在于， 该无线传感器还包括 ： 一与该传感模块相连的 MCU ； 一与该 MCU 相连的无线通信模块 ； 一与该传感模块、 该 MCU 及该无线通信模块均相连的电源模块， 用于向该传感模块、 该 MCU 及该无线通信模块供电 ； 该 MCU 用于通过该无线通信模块接收及处理来自外围设备的控制数据、 并根据该控制 数据控制该传感模块及该无线通信模块的运行， 还用于接收及处理该传感模块获得的探测 数据、 并通过该无线通信模块发送至外围设备， 还用于通过该无线通信模块接收并转发来 自外围设。
4、备的探测数据和控制数据。 2. 如权利要求 1 所述的无线传感器， 其特征在于， 该传感模块包括敏感元件和转换元 件， 该敏感元件包括以下元件集中的一种或多种 ： 热敏元件、 湿敏元件、 声敏元件、 光敏元 件、 力敏元件、 磁敏元件、 气敏元件、 放射线敏感元件、 色敏元件和味敏元件。 3. 如权利要求 1 所述的无线传感器， 其特征在于， 该 MCU 具有一个或多个总线接口。 4.如权利要求1所述的无线传感器， 其特征在于， 该无线通信模块为工作于ISM频段的 RF 无线通信模块。 5. 如权利要求 1 所述的无线传感器， 其特征在于， 该电源模块包括滤波稳压电路及 LDO。 6. 一种传。
5、感系统， 其特征在于， 其包括多个权利要求 1 所述的无线传感器以及至少一 个终端设备， 该些无线传感器之间以及该些无线传感器与该终端设备之间均为无线通信， 该终端设备用于发送针对各个无线传感器的控制数据， 各个无线传感器用于根据来自该终 端设备的针对自身的控制数据运行、 并将获得的探测数据发送至该终端设备。 7. 如权利要求 6 所述的传感系统， 其特征在于， 各个无线传感器用于从该终端设备接 收针对自身的控制数据、 或经过其它无线传感器的转发接收针对自身的控制数据， 还用于 将获得的探测数据发送至该终端设备、 或经过其它无线传感器的转发发送至该终端设备， 还用于接收并转发来自该终端设备的针。
6、对其它无线传感器的控制数据以及其它无线传感 器获得的探测数据。 权 利 要 求 书 CN 102252711 A CN 102252717 A1/4 页 3 无线传感器及传感系统 技术领域 0001 本发明涉及一种传感器， 特别是涉及一种无线传感器及一种传感系统。 背景技术 0002 随着科技的不断发展， 目前的传感器市场已经非常繁荣， 各种功能各异的传感器 业已在各个领域中被广泛地使用。如图 1 所示， 现有的传感器往往结构简单， 仅具有一个单 一的传感模块用于获得探测数据， 在使用时只有将其与相应的应用电路电气相连之后， 才 能够对其获得的探测数据加以处理应用。 这样的应用模式给现有传感器。
7、的使用带来了极大 的局限性， 在所有设置了传感器的探测节点处均需要相应地进行电气布线甚至外围设备的 安装， 这不但会导致使用不便， 还需要耗费大量的人力物力， 引起作业效率的低下， 特别是 当探测节点位于高危环境中时， 则会导致更大的使用成本， 并且还容易在作业过程中引发 危险。 发明内容 0003 本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的传感器应用不便且使用安全 性不高的缺陷， 提供一种应用方便且使用安全性很高的无线传感器及一种相应的传感系 统。 0004 本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的 ： 一种无线传感器， 其包括一 传感模块， 其特点在于， 该无线传感器还包括 ： 一与。
8、该传感模块相连的 MCU( 微处理器 ) ； 一 与该MCU相连的无线通信模块 ； 一与该传感模块、 该MCU及该无线通信模块均相连的电源模 块， 用于向该传感模块、 该 MCU 及该无线通信模块供电 ； 该 MCU 用于通过该无线通信模块接 收及处理来自外围设备的控制数据、 并根据该控制数据控制该传感模块及该无线通信模块 的运行， 还用于接收及处理该传感模块获得的探测数据、 并通过该无线通信模块发送至外 围设备， 还用于通过该无线通信模块接收并转发来自外围设备的探测数据和控制数据。 0005 较佳地， 该传感模块包括敏感元件和转换元件， 该敏感元件包括以下元件集中的 一种或多种 ： 热敏元件。
9、、 湿敏元件、 声敏元件、 光敏元件、 力敏元件、 磁敏元件、 气敏元件、 放 射线敏感元件、 色敏元件和味敏元件。 0006 较佳地， 该 MCU 具有一个或多个总线接口。 0007 较佳地， 该无线通信模块为工作于 ISM 频段 ( 工业、 科学研究和医用频段 ) 的 RF( 射频 ) 无线通信模块。 0008 较佳地， 该电源模块包括滤波稳压电路及 LDO( 低压差线性稳压器 )。 0009 本发明的另一技术方案为 ： 一种传感系统， 其特点在于， 其包括多个上述的无线传 感器以及至少一个终端设备， 该些无线传感器之间以及该些无线传感器与该终端设备之间 均为无线通信， 该终端设备用于发送。
10、针对各个无线传感器的控制数据， 各个无线传感器用 于根据来自该终端设备的针对自身的控制数据运行、 并将获得的探测数据发送至该终端设 备。 说 明 书 CN 102252711 A CN 102252717 A2/4 页 4 0010 较佳地， 各个无线传感器用于从该终端设备接收针对自身的控制数据、 或经过其 它无线传感器的转发接收针对自身的控制数据， 还用于将获得的探测数据发送至该终端设 备、 或经过其它无线传感器的转发发送至该终端设备， 还用于接收并转发来自该终端设备 的针对其它无线传感器的控制数据以及其它无线传感器获得的探测数据。 0011 本发明的积极进步效果在于 ： 本发明的该无线传感。
11、器在现有传感器的传感模块 的基础之上， 还增设了 MCU 及无线通信模块， 使得该无线传感器能够通过其无线通信模块 接收来自终端的控制数据， 该 MCU 根据该控制数据对该传感模块及该无线通信模块进行控 制， 利用该传感模块获得探测数据、 并通过该无线通信模块将该探测数据发送至终端。 这样 的无线传感器在应用时不会再受到布线的限制， 使用非常方便， 其可以被设置在各种探测 节点处进行无线作业， 节省了大量的人力物力， 有利于提高作业效率。更进一步地， 还可以 将多个这样的无线传感器与终端一起构成网络结构的传感系统， 该系统中的每一个无线传 感器均具有接收、 发送以及转发控制数据和探测数据的功能。
12、， 由终端对该些无线传感器进 行统一控制， 并且该些无线传感器获得的探测数据也将最终到达终端以供处理。这样的传 感系统完全省去了布线负担， 只需在探测区域中设置多个由上述的无线传感器构成的探测 节点， 操作人员便可以在终端处对各个无线传感器获得的探测数据实现全盘掌握， 因此， 这 样的传感系统具有极为广泛的应用性， 不但能够进一步地降低探测过程中所耗费的人力物 力， 极大地提高作业效率， 还能够在对危险区域进行探测时， 省去操作人员亲身操作所隐含 的潜在危险， 极大地提高作业安全性。 附图说明 0012 图 1 为现有的传感器的应用模式示意图。 0013 图 2 为本发明的该无线传感器的结构框。
13、图。 0014 图 3 为本发明的该传感系统的一实施例的示意图。 具体实施方式 0015 下面结合附图给出本发明较佳实施例， 以详细说明本发明的技术方案。 0016 如图 2 所示， 本发明的该无线传感器首先包括一基础的传感模块 1， 该传感模块 1 公知地主要由敏感元件和转换元件构成， 该敏感元件用于探测周围环境中某一特定物理现 象的信息， 而该转换元件则用于将探测获得的该信息按照一定的规律转换成电信号， 以便 后续的模块对该电信号进行处理。 其中， 该敏感元件可以为以下元件集中的一种或多种 ： 热 敏元件、 湿敏元件、 声敏元件、 光敏元件、 力敏元件、 磁敏元件、 气敏元件、 放射线敏感。
14、元件、 色敏元件和味敏元件， 以分别对以下物理现象的信息进行探测 ： 温度、 湿度、 噪声、 光强度、 压力、 磁场强度、 烟雾浓度、 煤气 ( 天然气 ) 浓度、 火焰、 移动物体的大小、 速度和方向等等， 上述的各种敏感元件可以直接采用霍尼韦尔、 欧姆龙、 贺力氏、 博世、 飞思卡尔、 ADI 等公司 的成熟产品。 0017 除了该传感模块1之外， 本发明的该无线传感器还包括有 ： 一与该传感模块1相连 的 MCU 2， 该 MCU 2 为该无线传感器的中枢控制模块， 其内置有高速的处理器内核， 并拥有 充足的闪存空间， 其控制功能将在下文中进行说明 ； 一与该 MCU 2 相连的无线通信。
15、模块 3， 该无线通信模块 3 可以采用一工作在免费的 ISM 频段的 RF 无线通信模块实现， 该无线通信 说 明 书 CN 102252711 A CN 102252717 A3/4 页 5 模块 3 一方面能够与该 MCU 2 进行内部的数据交互， 另一方面还能够与外围设备进行无线 通信， 此处所谓的外围设备既可以为其它的无线传感器， 也可以为终端设备， 例如一电脑 ； 一与该传感模块 1、 该 MCU 2 及该无线通信模块 3 均相连的电源模块 4， 该电源模块 4 用于 向该传感模块 1、 该 MCU 2 及该无线通信模块 3 供电， 该电源模块 4 一般可以包括滤波稳压 电路部分以。
16、及电压转换电路部分， 由于高性能、 低功耗的 MCU 及 RF 无线通信模块中的 RF 芯 片对供电的要求比较高， 特别是对输入电压调节率 (Line Regulation) 的要求比较高， 因 此较佳地采用 LDO 作为电压转换电路来转换该无线传感器的各个模块所需的工作电压， 另 外， 通常采用微型电池向该滤波稳压电路以及该电压转换电路供电。 0018 在该无线传感器仅与一个外围设备进行直接通信的工作状态下， 该 MCU 通过该无 线通信模块接收及处理来自该外围设备的控制数据， 并根据该控制数据对该传感模块及该 无线通信模块的运行进行控制， 同时， 该 MCU 还接收及处理该传感模块获得的探。
17、测数据， 然 后通过该无线通信模块将经过处理的该探测数据发送至该外围设备。然而， 当整个通信网 络中不仅仅包括正在进行上述直接通信的该无线传感器和该外围设备， 还包括有一个或多 个其它的外围设备时， 上述的该无线传感器还可以为其它的外围设备起到数据传递节点的 作用， 例如， 该 MCU 可以通过该无线通信模块从一个其它的外围设备处接收探测数据和控 制数据， 并再次将该些探测数据和控制数据转发至另一个其它的外围设备。 0019 另外， 该 MCU 还可以具有丰富的外围总线接口， 例如 URAT( 通用异步收发接口 )、 IIC(INTER-IC 串行总线接口 )、 SPI( 串行外围接口 ) 等。
18、接口， 从而操作人员仅需进行简单 的配置， 便可以将该 MCU 与其它的外接设备连接以实现通信。 0020 由于上述的外围设备既可以是其它的无线传感器， 也可以是终端设备， 因此， 显然 可以将多个本发明的该无线传感器与至少一个终端设备相结合以建立起一个传感系统。 终 端设备作为整个传感系统的统一控制端以及最终的探测结果处理端。 操作人员在终端设备 处生成针对各个无线传感器的控制数据， 然后终端设备以无线通信的方式将该些控制数据 向外发送。 距离该终端设备较近的那些无线传感器将直接通过其无线通信模块从该终端设 备接收与其自身相匹配的控制数据， 而距离该终端设备较远的那些无线传感器则无法直接 接。
19、收到来自该终端设备的与其自身相匹配的控制数据， 该些控制数据将经过多个无线传感 器的转发后才能够最终到达相匹配的无线传感器， 由此， 每个该无线传感器都能够根据接 收到的控制数据在该终端设备的统一控制之下有条不紊、 相互协作地运行。 0021 上述的控制数据中将含有对各个无线传感器的软件配置信息， 从而便可以根据不 同的具体应用环境对各个无线传感器所执行的主要功能进行控制。例如， 如图 2 中的实线 箭头构成的网络结构所示， 根据各个无线传感器的设置地点的不同， 该终端设备 D 会通过 控制数据将它们划分为传感节点(包括传感节点A和传感节点B)以及汇聚节点C这几种功 能类型。位于探测区域内部或。
20、附近的无线传感器将被设置为传感节点， 并以自组织的方式 构成网络体系， 即， 大部分的传感节点将自动成为传感节点 A， 仅用于获得自身所在处的探 测数据、 并将该些探测数据向外发送， 而其余的少量传感节点则将自动成为传感节点 B， 不 仅用于获得自身所在处的探测数据， 还用于接收来自传感节点 A 的探测数据， 继而再将传 感节点A和B所获得的全部探测数据一同进一步地向外转发至汇聚节点C。 汇聚节点C一般 已经处于探测区域之外了， 它们仅用于接收来自传感节点 B 的、 但是是由全部的传感节点 探测获得的探测数据， 并将该些探测数据全部转发至该终端设备D处进行集中处理。 图2中 说 明 书 CN 。
21、102252711 A CN 102252717 A4/4 页 6 的实线箭头构成的网络结构仅为本发明的该传感系统的一种网络组织方式， 根据探测区域 的分布范围、 无线传感器的设置地点、 终端设备的安置地点， 该传感系统可以具有各种不同 的网络组织方式， 例如图 2 中的虚线箭头则展示出了另一种可选的网络组织方式下部分无 线传感器之间的通信关系。在各种不同的网络结构中， 每个无线传感器所担任的功能类型 也可能会发生变化， 例如在某种网络结构中， 一无线传感器担任着一个传感节点 A 的角色， 而在另一种网络结构中， 该无线传感器则可能会在终端设备 D 的控制之下成为一个传感节 点 B 或者一个汇。
22、聚节点 C， 但是无论具体的网络组织方式如何， 各个传感节点获得的探测数 据都将以无线通信的方式向外传输， 并直接地， 或者是经过多个节点的多跳后， 到达该具体 网络结构中的那些汇聚节点 C， 并最终到达终端设备 D， 以供操作人员在终端设备 D 处对该 些探测数据进行统一的分析处理， 并根据分析处理的结果对针对各个无线传感器的控制数 据进行调整， 或是根据该结果再继续执行其它的后续操作。 0022 上述的该 MCU 及终端设备的各种功能均可以利用现有的硬件条件并结合现有的 编程手段加以实现， 故在此对其实现过程不做赘述。 0023 本发明的该无线传感器以及该传感系统可以应用在交通、 家居、 。
23、商业娱乐等各种 场合， 例如， 对家庭中的电表及水表上的读数进行远程抄报， 或者对交通路段的路况进行远 程监测等等， 能够节省大量的人力物力， 极大地提高作业效率。更进一步地， 该传感系统还 可以用于较为特殊的探测环境中， 例如煤气管道中、 海洋中等等， 普通工作人员一般难以在 这些探测环境中进行长时间的监测， 而在采用了本发明的该无线传感器之后， 可以通过软 件配置的方式使其在探测区域中组织成为强大的传感网络， 而操作人员在终端设备处便可 以方便迅速地接收到全部探测节点处获得的实时探测数据， 由此， 不但节省了大量的人力 物力， 还极大地提高了探测过程中的作业安全性。 0024 虽然以上描述了本发明的具体实施方式， 但是本领域的技术人员应当理解， 这些 仅是举例说明， 本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背 离本发明的原理和实质的前提下， 可以对这些实施方式做出多种变更或修改， 但这些变更 和修改均落入本发明的保护范围。 说 明 书 CN 102252711 A CN 102252717 A1/2 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102252711 A CN 102252717 A2/2 页 8 图 3 说 明 书 附 图 CN 102252711 A 。