本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種無(wú)通訊信號(hào)區(qū)域環(huán)境監(jiān)控?zé)o線數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

對(duì)于人口密集的區(qū)域，目前有線或者無(wú)線的各種通訊手段已經(jīng)非常發(fā)達(dá)，例如：短信傳遞文字信息；寬帶連接互聯(lián)網(wǎng)；有wifi連接的地方通過無(wú)線方式連接互聯(lián)網(wǎng)。

但是野外地區(qū)常常是所有日常通訊信號(hào)的盲區(qū)，除了用衛(wèi)星通訊外，盲區(qū)內(nèi)日常所有通訊方式都無(wú)法使用，無(wú)法進(jìn)行通訊聯(lián)系，傳遞信息?，F(xiàn)階段衛(wèi)星通訊費(fèi)用比較昂貴，部署設(shè)備也比較麻煩，而且衛(wèi)星通訊費(fèi)在野外沒有電力供應(yīng)的情況下，投入設(shè)備成本更高，是一種比較昂貴的通訊手段。

目前，現(xiàn)有技術(shù)中急需一種成本低廉、操作方便的無(wú)通訊信號(hào)區(qū)域環(huán)境監(jiān)控?zé)o線數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)通訊信號(hào)區(qū)域環(huán)境監(jiān)控?zé)o線數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)，該系統(tǒng)用XBee實(shí)現(xiàn)ZigBee/IEEE 802.15.4的無(wú)線通訊手段實(shí)施環(huán)境監(jiān)控，包含對(duì)溫度、濕度、氣壓、光照、甚至地物外觀的圖片等等，可以大幅度降低成本。

其具體技術(shù)方案為：

一種無(wú)通訊信號(hào)區(qū)域環(huán)境監(jiān)控?zé)o線數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊、數(shù)據(jù)上傳模塊和控制供電模塊；

所述數(shù)據(jù)采集模塊包括一塊Arduino的UNO控制板、傳感器和一個(gè)Xbee模塊，所述傳感器的兩條電源線接到UNO控制板的5V和GND引腳上，另一信號(hào)線接數(shù)字引腳，控制供電模塊上的繼電器連接Arduino的UNO控制板的供電接口；

所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊包括兩塊Arduino的Leonardo控制板和兩個(gè)Xbee模塊，其中一塊Arduino的Leonardo控制板和一個(gè)Xbee模塊用于接收從數(shù)據(jù)采集點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，另外一塊Arduino的Leonardo控制板和一個(gè)Xbee模塊用于轉(zhuǎn)發(fā)從從數(shù)據(jù)采集點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)；兩塊Arduino控制板之間通過導(dǎo)線連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞，完成從一塊Arduino控制板數(shù)據(jù)傳遞給另一塊Arduino控制板的任務(wù)，控制供電模塊上的繼電器連接兩個(gè)Arduino的Leonardo控制板的供電接口；

所述數(shù)據(jù)上傳模塊包括一塊Arduino的UNO控制板、一個(gè)Xbee模塊和GPRS擴(kuò)展板，所述GPRS擴(kuò)展板插在Arduino的UNO控制板的上面，Xbee模塊完成從數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)端傳來(lái)的數(shù)據(jù)，通過GPRS擴(kuò)展板上傳數(shù)據(jù)到互聯(lián)網(wǎng)，控制供電模塊上的繼電器連接Arduino的UNO控制板的供電接口。

進(jìn)一步，所述控制供電模塊上的兩個(gè)繼電器連接兩個(gè)Arduino的Leonardo控制板的供電接口。

進(jìn)一步，若距離長(zhǎng)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊為多個(gè)，進(jìn)行多次轉(zhuǎn)發(fā)。

進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)上傳模塊部署在有GPRS信號(hào)的地方，實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)上傳到互聯(lián)網(wǎng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明采用的Xbee有傳輸距離限制，傳輸距離會(huì)超過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的距離，使用“接力”方式中轉(zhuǎn)，增加中繼中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)延長(zhǎng)傳輸距離。

野外環(huán)境沒有電力，使用電池進(jìn)行供電。環(huán)境監(jiān)控基本上都是定時(shí)(例如每小時(shí)一次)進(jìn)行，在非監(jiān)控時(shí)間可以停止供電，延長(zhǎng)使用時(shí)間。

工作的步調(diào)一致：傳輸數(shù)據(jù)時(shí)需要多個(gè)節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)工作，必須保證每個(gè)節(jié)點(diǎn)上工作時(shí)間的準(zhǔn)確：在指定的時(shí)間內(nèi)供電開始工作，傳輸數(shù)據(jù)，停止供電。

電力供應(yīng)采用的電源是電池和太陽(yáng)能；覆蓋最廣。太陽(yáng)能受日照的限制，必須配合電池使用才能保證長(zhǎng)久不間斷的供應(yīng)。

數(shù)據(jù)采集的特點(diǎn)是定時(shí)周期性采集，并不是全天候時(shí)時(shí)刻刻采集，這樣控制電力在采集的時(shí)刻供應(yīng)，不采集的時(shí)刻停止供應(yīng)就能最大限度延長(zhǎng)電力供應(yīng)。

數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送：GPRS的通訊方式是覆蓋面最廣的通訊方式，成本低，技術(shù)實(shí)現(xiàn)容易，可以實(shí)現(xiàn)大范圍，遠(yuǎn)距離的實(shí)時(shí)(從采集數(shù)據(jù)到保存數(shù)據(jù)到服務(wù)器需要數(shù)分鐘時(shí)間)傳輸。在無(wú)信號(hào)的地區(qū)采集設(shè)備用Xbee方式發(fā)出數(shù)據(jù)，中間對(duì)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，最終傳輸?shù)接芯W(wǎng)絡(luò)信號(hào)的地方，發(fā)送數(shù)據(jù)到服務(wù)器。

本發(fā)明檢測(cè)環(huán)境的傳感器要能適應(yīng)各種不同情況以及不同的檢測(cè)內(nèi)容。例如檢測(cè)空氣的溫度濕度，檢測(cè)土壤中的溫度濕度，不同情況要使用不同的感應(yīng)器，操作方便。

附圖說明

圖1是無(wú)通訊信號(hào)區(qū)域環(huán)境監(jiān)控?zé)o線數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)的原理圖；

圖2是無(wú)通訊信號(hào)區(qū)域環(huán)境監(jiān)控?zé)o線數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊原理圖；

圖3是無(wú)通訊信號(hào)區(qū)域環(huán)境監(jiān)控?zé)o線數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊原理圖；

圖4是無(wú)通訊信號(hào)區(qū)域環(huán)境監(jiān)控?zé)o線數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)的數(shù)據(jù)上傳模塊原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。

如圖1所示，一種無(wú)通訊信號(hào)區(qū)域環(huán)境監(jiān)控?zé)o線數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊、數(shù)據(jù)上傳模塊和控制供電模塊；如圖2所示，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括一塊Arduino的UNO控制板、傳感器和一個(gè)Xbee模塊，所述傳感器的兩條電源線接到UNO控制板的5V和GND引腳上，另一信號(hào)線接數(shù)字引腳，控制供電模塊上的繼電器連接Arduino的UNO控制板的供電接口；如圖3所示，所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊包括兩塊Arduino的Leonardo控制板和兩個(gè)Xbee模塊，其中一塊Arduino的Leonardo控制板和一個(gè)Xbee模塊用于接收從數(shù)據(jù)采集點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，另外一塊Arduino的Leonardo控制板和一個(gè)Xbee模塊用于轉(zhuǎn)發(fā)從從數(shù)據(jù)采集點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)；兩塊Arduino控制板之間通過導(dǎo)線連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞，完成從一塊Arduino控制板數(shù)據(jù)傳遞給另一塊Arduino控制板的任務(wù)，控制供電模塊上的繼電器連接兩個(gè)Arduino的Leonardo控制板的供電接口；如圖4所示，所述數(shù)據(jù)上傳模塊包括一塊Arduino的UNO控制板、一個(gè)Xbee模塊和GPRS擴(kuò)展板，所述GPRS擴(kuò)展板插在Arduino的UNO控制板的上面，Xbee模塊完成從數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)端傳來(lái)的數(shù)據(jù)，通過GPRS擴(kuò)展板上傳數(shù)據(jù)到互聯(lián)網(wǎng)，控制供電模塊上的繼電器連接Arduino的UNO控制板的供電接口。

所述控制供電模塊上的兩個(gè)繼電器連接兩個(gè)Arduino的Leonardo控制板的供電接口。

若距離長(zhǎng)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊為多個(gè)，進(jìn)行多次轉(zhuǎn)發(fā)。

所述數(shù)據(jù)上傳模塊部署在有GPRS信號(hào)的地方，實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)上傳到互聯(lián)網(wǎng)。

程序設(shè)計(jì)

用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)

1.采集數(shù)據(jù)的設(shè)備

使用感應(yīng)器產(chǎn)品的函數(shù)，在arduino中直接可以得到感應(yīng)數(shù)值。

2.轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的設(shè)備

一個(gè)arduino主控板接受數(shù)據(jù)，稱作轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備A，另一個(gè)arduino主控板發(fā)送數(shù)據(jù)，稱作轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備B。

設(shè)備A的XBee連接的串口1接收數(shù)據(jù)，通過設(shè)備A的串口2發(fā)送給設(shè)備B，設(shè)備B的串口2接受數(shù)據(jù)，從設(shè)備B的XBee連接的串口1發(fā)送數(shù)據(jù)。

a.設(shè)備A串口1(連接Xbee)接收數(shù)據(jù)并用設(shè)備A串口2發(fā)出信息的代碼片段：

b.設(shè)備B串口2接收數(shù)據(jù)并用設(shè)備B串口1(連接Xbee)發(fā)出信息的代碼片段：

3.控制供電的設(shè)備

a.指定時(shí)間打開供電開關(guān)。因?yàn)閍rduino主控板振晶不準(zhǔn)，需要用實(shí)時(shí)鐘修正，打開供電開關(guān)以時(shí)鐘時(shí)間為準(zhǔn)，不能依靠arduino的秒數(shù)計(jì)時(shí)。

b.延續(xù)足夠工作時(shí)間，保證使用。本項(xiàng)目中從采集到發(fā)送信息需要近30秒，因此保證供電的時(shí)間是30秒。

c.關(guān)閉供電開關(guān)。

d.進(jìn)入休眠狀態(tài)并在打開電池開關(guān)之前從休眠中醒來(lái)，保證打開電源。因?yàn)閍rduino主控板振晶不準(zhǔn)，arduino的按秒計(jì)時(shí)時(shí)間段要短一些，保證在需要打開開關(guān)之前的時(shí)間蘇醒。

循環(huán)1-4步驟，往復(fù)實(shí)現(xiàn)定時(shí)開關(guān)電源。

以下是進(jìn)入休眠和蘇醒的代碼片段：

數(shù)據(jù)上傳的設(shè)備

數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)給GSM擴(kuò)展板，擴(kuò)展板用TCP方式發(fā)送信息到服務(wù)器。

以下是TCP方式上傳數(shù)據(jù)的代碼片段，包含了服務(wù)器地址和端口，msg變量里保存了傳感采集的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

Serial.println("AT+CIPSTART＝\"TCP\",\"www.xjsfxx.com\",\"3306\"")；

delay(5000)；

Serial.println("AT+CIPSEND")；

delay(2000)。

實(shí)施例

采集數(shù)據(jù)模塊的器件加控制供電模塊的器件、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)模塊的器件加控制供電模塊的器件、上傳數(shù)據(jù)模塊的器件加控制供電模塊的器件放置在野外。上傳數(shù)據(jù)模塊的器件要放置在有網(wǎng)絡(luò)信息的地方(手機(jī)可以進(jìn)行語(yǔ)音和短信通訊的地方)，GPRS板上插入SIM卡，最好工業(yè)用專用卡，民用卡要實(shí)驗(yàn)才能保證使用。

根據(jù)實(shí)際測(cè)試的結(jié)果，選擇中轉(zhuǎn)設(shè)備和采集數(shù)據(jù)模塊的器件的距離，中轉(zhuǎn)設(shè)備和上傳數(shù)據(jù)模塊的器件的距離。

若距離過長(zhǎng)，可以增加數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊的的數(shù)量，進(jìn)行多次轉(zhuǎn)發(fā)。不同XBee模塊有傳輸幾百米到幾公里不等，另外還取決于障礙物情況。

用于給器件供電的充電電池充滿電，太陽(yáng)能板面向陽(yáng)光充足的地方。

發(fā)送信息寫入服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)使用人員通過網(wǎng)頁(yè)查看采集的數(shù)據(jù)表和以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的可視化圖形。服務(wù)器需要和互聯(lián)網(wǎng)連接，因此數(shù)據(jù)的使用者可以在有互聯(lián)網(wǎng)的任何地方看到檢測(cè)數(shù)據(jù)。

器件放到一個(gè)盒子里，保證器件不受自然環(huán)境的破環(huán)能正常使用。

在新疆林科院實(shí)施試驗(yàn)，在林科院院子里部署傳感器，監(jiān)控空氣溫度濕度和土壤溫度濕度。監(jiān)控地點(diǎn)距離機(jī)房較遠(yuǎn)加上有建筑物的障礙，用Xbee必須使用信號(hào)中轉(zhuǎn)的方式傳遞，延長(zhǎng)傳輸距離。

經(jīng)過6個(gè)月的使用，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定正常，每小時(shí)發(fā)送一次數(shù)據(jù)，服務(wù)端都可以接受到，證明其可用于實(shí)際環(huán)境監(jiān)測(cè)。

若使用通訊運(yùn)營(yíng)商上傳監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)就必須申請(qǐng)SIM卡，而且每月還要繳納通訊費(fèi)。此項(xiàng)目使用自組網(wǎng)絡(luò)，省去了通訊費(fèi)用。

若在野外無(wú)信號(hào)區(qū)域則無(wú)法實(shí)施監(jiān)控活動(dòng)，這個(gè)項(xiàng)目將監(jiān)控活動(dòng)延伸到了通訊區(qū)域以外的區(qū)域，對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)有著積極的作用。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見地得到的技術(shù)方案的簡(jiǎn)單變化或等效替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。