[go: up one dir, main page]

CN112584368A - 一种自供能传感器节点及其物联网系统、实现方法 - Google Patents

一种自供能传感器节点及其物联网系统、实现方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112584368A
CN112584368A CN202011461377.9A CN202011461377A CN112584368A CN 112584368 A CN112584368 A CN 112584368A CN 202011461377 A CN202011461377 A CN 202011461377A CN 112584368 A CN112584368 A CN 112584368A
Authority
CN
China
Prior art keywords
data
self
cloud platform
sensing data
ble
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011461377.9A
Other languages
English (en)
Inventor
夏亚军
张钊锋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Ilian Iot Co ltd
Original Assignee
Shanghai Ilian Iot Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Ilian Iot Co ltd filed Critical Shanghai Ilian Iot Co ltd
Priority to CN202011461377.9A priority Critical patent/CN112584368A/zh
Publication of CN112584368A publication Critical patent/CN112584368A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/80—Services using short range communication, e.g. near-field communication [NFC], radio-frequency identification [RFID] or low energy communication
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/06—Selective distribution of broadcast services, e.g. multimedia broadcast multicast service [MBMS]; Services to user groups; One-way selective calling services
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/30—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes
    • H04W4/38—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes for collecting sensor information
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. Transmission Power Control [TPC] or power classes
    • H04W52/02—Power saving arrangements
    • H04W52/0209—Power saving arrangements in terminal devices
    • H04W52/0261—Power saving arrangements in terminal devices managing power supply demand, e.g. depending on battery level
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种自供能传感器节点及其物联网系统、实现方法，所述系统包括：数据采集终端，用于通过N个自供能传感器节点采集传感数据，并将采集的数据组包通过BLE射频模块发送到蓝牙广播信道，通过支持BLE的终端设备监听广播信道数据包获取传感数据后通过无线通信网络发送到传感数据管理云平台；传感数据管理云平台，用于对接收的数据包进行有效性判断，并对判断为有效的数据包进行解析，将解析后的数据按照类别进行处理、存储；远程终端，用于通过无线通信网络获取所述传感数据云平台存储的数据，并将相应的数据进行显示。

Description

一种自供能传感器节点及其物联网系统、实现方法
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，特别是涉及一种自供能传感器节点及其物联网系统、实现方法。
背景技术
随着物联网技术的发展，越来越多的传感器部署在人们的日常生活中用于感知物理世界。根据Machina Research相关预测，世界IoT(Internet of Things，物联网)连接数量从2015年的60亿增加到2025年的270亿的物联网连接数量，在各个领域广泛使用促进传感器数量的爆发式增长，规模呈现百亿数量级。
目前，物联网系统主要存在以下两大问题：一方面，传感器节点采用电池供电，尺寸较大。由于传感器系统RF(Radio Frequency，射频)通信单元模块功耗过大，一定时间电池电能耗尽，系统将会停止工作，需要更换电池或者新的传感器节点才可以继续工作，但这将会增加监护系统部署成本；另一方面，传统物联网系统普遍采用GSM，WIFI，ZigBee，RFID等通信协议将数据上传至远程监护云平台进行存储，手机通过访问远程服务器可以获取监护数据信息，然而这需要专门的设备(如RFID阅读器)执行协议进行数据读取和发送，增加系统监护和运营成本。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种自供能传感器节点及其物联网系统、实现方法，通过低功耗蓝牙(Bluetooth low Power,BLE) 通讯模块将传感器数据获取至支持BLE协议的终端，再将数据上传至远程终端，从而降低系统的监护和运营成本，并通过优化系统降低功耗，使得系统可以在无电池情况下实现数据采集，处理与发射等系统功能。
为达上述及其它目的，本发明提出一种自供能传感器节点，包括：
自供能模块，用于采集环境能量将环境能量转换为电能，并通过能量采集 MPPT电源管理芯片将电能储存至超级电容；
低压差稳压器，用于将所述自供能模块输出的电压转换为干净稳定的电源 VLDO供给传感器、负载开关、低功耗MCU以及蓝牙通信模块；
传感器，用于在MCU的控制下进行数据采集和传输；
负载开关，用于在MCU的控制下打开以将所述传感器采集的数据传输至 MCU；
MCU，用于通过周期或事件触发方式产生唤醒和打开所述传感器、负载开关，并控制蓝牙通信模块进行有序工作，其它时间所述自供能传感器节点处于休眠状态；
蓝牙通信模块，用于在所述MCU的控制下将所述传感器采集的数据通过广播信道予以广播。
优选地，所述周期方式为由所述MCU设定传感器发送的时间间隔T，根据设定的时间间隔唤醒和打开所述传感器、负载开关以及控制所述蓝牙通信模块工作。
优选地，所述事件触发方式为当所述超级电容上存储的电压大于最大的电压阈值时产生触发信号至所述MCU，所述MCU根据该触发信号唤醒和打开所述传感器、负载开关以及控制所述蓝牙通信模块工作。
优选地，所述蓝牙通信模块为基于BLE协议的BLE通信模块。
优选地，所述MCU只调用BLE协议的广播信道(37，38，39)进行发送数据，无需建立连接，将数据通过嵌入在广播数据包发送到信道中进行传递。
为达到上述目的，本发明还提供一种基于自供能传感器节点的物联网系统，包括：
数据采集终端，用于通过N个自供能传感器节点采集传感数据，并将采集的数据组包通过BLE射频模块发送到蓝牙广播信道，通过支持BLE的终端设备监听广播信道数据包获取传感数据后通过无线通信网络发送到传感数据管理云平台；
传感数据管理云平台，用于对接收的数据包进行有效性判断，并对判断为有效的数据包进行解析，将解析后的数据按照类别进行处理、存储；
远程终端，用于通过无线通信网络获取所述传感数据云平台存储的数据，并将相应的数据进行显示。
优选地，所述数据采集终端包括：
N个自供能传感器节点，各自供能传感器节点在周期/事件触发唤醒后采集传感数据，并将数据组包通过BLE射频模块发送到蓝牙广播信道(37，38，39) 之一；
支持BLE的终端设备，通过监听广播信道数据包，解析获取数据的源地址和监测数据的名称和数值大小，并通过中继的方式将数据按类别重新打包需要加上服务器鉴权密钥重新打包通过无线通信网络发送到所述传感数据管理云平台。
优选地，所述传感数据管理云平台首先根据鉴权信息判断数据包是否属于有效数据包来判断是接收还是丢弃数据包，然后对接收到有效的数据包进行解析，根据解析到的数据，将数据存储到对应的数据库上，并对数据进行处理和融合计算。
优选地，所述远程终端还用于设定传感数据正常的阈值范围并将其同步到所述传感数据管理云平台，以便所述传感数据管理云平台根据设定的阈值范围进行指标异常报警。
为达到上述目的，本发明还提供一种基于自供能传感器节点的物联网系统的实现方法，包括如下步骤：
步骤S1，各自供能传感器节点在周期/事件触发唤醒后采集传感数据，并将数据组包通过BLE射频模块发送到蓝牙广播信道；
步骤S2，支持BLE的终端设备通过监听广播信道数据包，解析获取数据的源地址和监测数据的名称和数值大小，并通过中继的方式将数据按类别重新打包需要加上服务器鉴权密钥重新打包通过无线通信网络发送到传感数据管理云平台；
步骤S3，传感数据管理云平台对接收的数据包进行有效性判断，并对判断为有效的数据包进行解析，将解析后的数据按照类别进行处理、存储；
步骤S4，远程终端通过无线通信网络获取传感数据云平台存储的数据，并将相应的数据进行显示。
与现有技术相比，本发明一种自供能传感器节点及其物联网系统、实现方法通过采用光电能量采集技术将环境中的光照能量获取到超级电容上存储作为电池为自供能传感器节点供电，减少了传感器节点尺寸和延长传感器工作寿命，降低了电池更换和物联网系统部署成本，通过采用BLE通信协议，利用支持BLE 的终端设备获取传感器数据，避免了如RFID、NFC数据采集系统需要专门的阅读器设备的硬件限制，扩大了数据获取的便捷性，同时，本发明通过采用BLE 蓝牙的广播信道作为数据通信方式降低了传统蓝牙发送数据过程中主从设备建立连接的过程花费的时间，并采用周期工作模式节点间歇性休眠进一步降低系统功耗。
附图说明
图1为本发明一种自供能传感器节点的结构示意图；
图2为本发明具体实施例中自供能传感器节点的工作流程图；
图3为本发明具体实施例中自供能传感器节点周期/事件触发工作时序图
图4a、图4b分别为现有技术及本发明的BLE协议的建立过程图；
图5为本发明具体实施例中BLE广播信道数据包格式示意图；
图6为本发明一种基于自供能传感器节点的物联网系统的系统架构图；
图7为本发明具体实施例中基于自供能传感器节点的物联网系统的工作流程图；
图8为本发明具体实施例中传感器数据管理云的工作流程图；
图9为本发明一种基于自供能传感器节点的物联网系统的实现方法的步骤流程图；
图10为本发明实施例中应用本发明的智慧医疗监护系统的架构图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图1为本发明一种自供能传感器节点的结构示意图。如图1所示，本发明一种自供能传感器节点，包括：自供能模块110、低压差稳压器120、传感器130、负载开关140、低功耗MCU 150以及蓝牙通信模块160。
其中，自供能模块110，用于采集环境能量将环境能量转换为电能，并通过能量采集MPPT电源管理芯片将电能储存至超级电容C，在本发明具体实施例中，自供能模块110可由太阳能PV单元、能量采集MPPT电源管理芯片和超级电容组成，在有太阳时利用太阳能PV单元将太阳能转换为电能并通过能量采集 MPPT电源管理芯片将电能储存至超级电容C，以在无光照时也能保证本发明自供能传感器节点能正常供电，当然这里只是采用光伏、MPPT为采用环境中的一种能量为系统供电；同样也可以是采用热电、MPPT为系统供电的方式，本发明不以此为限；低压差稳压器120，用于将自供能模块110输出的电压Vstore转换为干净稳定的电源VLDO供给传感器130、负载开关140、低功耗MCU 150、蓝牙通信模块160；传感器130，用于在低功耗MCU 150的控制下定时进行数据测量和传输；负载开关140，用于在低功耗MCU 150的控制下定时打开以将传感器130测量的数据传输至低功耗MCU 150；低功耗MCU150，用于产生唤醒和打开传感器130、负载开关140的信号并控制蓝牙通信模块160进行有序工作；蓝牙通信模块160由蓝牙(BLE)5.0RF通信模块和天线Ant组成，用于在低功耗 MCU150的控制下将传感器130采集的数据通过蓝牙广播信道予以广播。
在本发明中，自供能传感器节点的工作流程如图2所示，具体工作流程如下：自供能传感器节点采用PV光电单元能量采集进行供电，PV单元连接至光电能量采集的MPPT(最大功率点追溯)的电源管理芯片可以将光照能量以最大的转换功率获取到超级电容上进行存储，超级电容后跟低压差稳压器LDO(3.3V 电压输出)为系统工作提供稳定的供电电压，因此超级电容上存储的输出电压要大于3.3V以上，传感器节点系统才可以实现正常的工作。按照传感器数据发送的发送方式可以分为：周期发送和事件触发型两种方式，如图3所示自供能传感器节点周期/事件触发工作时序图。周期发送方式MCU设定传感器发送的时间间隔T，进行数据采集和发送。事件触发型发送则是当超级电容上存储的电压Vstore大于最大的电压阈值时，进行数据采集和发送，除此之外传感器节点均处于休眠状态以降低功耗。两种数据发送方式系统工作可以分为感知、发射、待机、休眠四个阶段：感知阶段，唤醒MCU，定时器复位，打开传感器进行测量和记录传感器数据至MCU中，然后关掉传感器(通过MCU关断图1中的负载开关实现)；发射阶段，打开BLE射频模块，将记录到MCU中的传感器数据组包(包括传感器地址和数据数值)后通过射频模块发送到BLE的广播信道(37， 38，39)，完成之后关闭BLE射频模块，重新调整发射时间间隔进行计数；待机阶段，MCU工作在低功耗状态，进行定时器计数，其他模块均处于断开状态以降低功耗，计数器进行判断是否大于设定的时间间隔T，如果大于设定间隔T，进行新一轮数据发送重新进行上述感知、发射、待机过程，否则的话，传感器节点进入休眠状态。可见，本发明之自供能传感器节点不接收数据，只采用BLE 通讯协议工作在协议的广播信道进行数据周期和事件触发的模式进行发送，其余时间进行休眠，降低了系统的功耗。
图4a为现有技术中BLE协议的普通建立过程图，可见现有技术中BLE设备之间通信需要建立连接，而在本发明中，自供能传感器节点只调用BLE协议的广播信道37，38，39三个信道进行发送数据，其不需要建立连接，将数据通过嵌入在广播数据包发送到信道中进行传递即可。如图4b所示，observer与 Advertiser之间不需要蓝牙进行建立连接，只是周期的发送广播事件，广播事件中的数据包中包含有属于自己的格式和数据内容进而实现通信的目的，避免了蓝牙建立的复杂过程。例如，想获取某个传感器节点的数据，此时打开支持BLE 的终端设备的蓝牙，接收到广播数据包后，通过解析广播数据包判断包的来源和事先约定好的包头内容进而判定广播包数据自己，通过解析广播数据的负载包内容判断数据属于哪个传感器(比如编号0x01代表温度传感器，0x02代表湿度传感器等)和数值大小。
图5为本发明具体实施例中BLE协议的广播数据包格式示意图。在本发明具体实施例中，该广播数据包格式如下
前导(1个字节)：报文最开始的8bit是“01010101”或者“10101010”序列，取决于接入地址的第一个比特。若接入地址第一个比特为0：“01010101”；若接入地址第一个比特为0：“10101010”。这是很简单的交替序列，接收机可以根据它来配置自动增益控制。
接入地址(4个字节)：由于为广播包固定为0x8E89BED6。
报头，长度和数据组成PDU(协议数据单元)，以下具体介绍：
报头(1个字节)：主要由广播报文类型，保留位，发送地址类型，接收地址类型组成：
(1)广播报文类型(4bit)：选择通用广播指示类型(ADV_INT)为0000。
(2)保留位(1bit):0或1均可，默认0。
(3)发送地址类型(1bit)：决定数据字段发送地址类型。0表示公共地址(从 IEEE申请不可修改)，1表示随机地址通过读取BLE寄存器获取。本系统将地址范围定义为一个范围内因此选择随机地址中的静态地址，同时注意静态地址对高2位有效必须是1，最高2位之外的其余不能全为0和全为1。
(4)接收地址类型(1bit):由于支持多个BLE终端，由出厂定义其地址类型，具有全球唯一性。因此选择接收地址位0公共地址。
长度(1个字节)：用来指示广播报文数据部分的长度，广播报文长度域包含6比特，有效范围是6～37。广播报文数据部分最多只能包含31个字节数据外，还必须包括6个字节的广播设备地址。6+31＝37所以要6比特的长度域。
数据(0～37个字节，本发明中只对数据部分进行自主定义)：，如图5所示，前6个字节为广播设备即自供能传感器节点设备地址，接着是i个传感器名称(1 个字节)、传感器数据长度(1个字节)、传感器数据(L个字节)组成。最大的传感器数据组成的数据不能超过31个字节。例如：0x01代表温度传感器，传感器数据长度为2个字节，后面会跟着2个字节长度的温度传感器数据；0x02代表湿度传感器，传感器数据长度为1个字节，后面会跟着1个字节长度的湿度传感器数据；0x03代表心率传感器，传感数据长度为3个字节，后面会跟着3 个字节长度的心率传感器数据。注意：最大总的数据包长度包超过37字节。
例如自供能传感器节点共连接温度与湿度传感器，需要把数据发送出去，这时候其发送的广播数据包被支持BLE的终端设备接收后，首先根据静态地址类型确定数据包为自供能传感器节点发出，根据发送地址确定节点编号，接着在数据包解析根据提前约定(0x01代表温度传感器，0x02代表湿度传感器，0x03 代表心率传感器等)将数据包内容将解析对应的传感器名称，和数据大小。
可见，本发明之自供能传感器节点由于只调用BLE协议的广播信道37，38， 39三个信道进行发送数据，其不需要建立连接，节省了蓝牙数据传输的配对的过程浪费的时间，降低了传感器节点的功耗。
图6为本发明一种基于自供能传感器节点的物联网系统的系统架构图。如图6所示，本发明一种基于自供能传感器节点的物联网系统，包括：数据采集终端60、传感数据管理云平台61以及远程终端62。
其中，数据采集终端60包括N个自供能传感器节点601以及若干支持BLE 的终端设备602，各自供能传感器节点601用于获取物理世界传感数据，例如温度、湿度、光照、ECG、EMG等，具体地，各自供能传感器节点601在周期/ 事件触发唤醒后采集传感数据，并将数据组包通过BLE射频模块发送到蓝牙广播信道37，38，39之一，支持BLE的终端设备602通过监听广播信道数据包，解析获取数据的源地址和监测数据的名称和数值大小，并通过中继的方式将数据按类别重新打包需要加上服务器鉴权密钥重新打包通过无线通信网络发送到传感数据管理云平台61，在本系统中，各自供能传感器节点一方面采用环境中能量供电，延长电池寿命，另一方面可以与支持BLE的终端设备602直接通信，方便数据获取；传感数据管理云平台61，用于对接收的数据包进行有效性判断，并对判断为有效的数据包进行解析，将解析后的数据按照类别进行处理、存储，具体地，传感数据管理云平台61于接收到数据采集终端60传送的数据包后，首先根据鉴权信息判断数据包是否属于有效数据包来判断是接收还是丢弃数据包，然后云对接收到有效的数据包进行解析，根据解析到的数据，将数据存储到对应的数据库上，并对数据进行处理和融合计算，设定不同检测指标的正常阈值范围以及设定指标异常的处理方案，例如短信报警等；远程终端62用于通过无线通信网络获取传感数据云平台61存储的数据，并将相应的数据进行以图表的形式进行显示，以便用户可以形象地看出监测感知物理数据(如温度、湿度、生理数据等)的变化趋势。
图7为本发明具体实施例中基于自供能传感器节点的物联网系统的工作流程图。如图7所示，本发明之基于自供能传感器节点的物联网系统的工作流程如下：当第i个自供能传感器节点到周期/事件触发唤醒后采集传感数据，并将数据组包通过BLE射频模块发送到蓝牙广播信道37，38，39之一；支持BLE 的终端设备(手机，IPad，PC等)通过监听广播信道数据包，解析获取数据的源地址和监测数据的名称和数值大小，支持BLE的终端设备通过中继的方式将数据按类别重新打包需要加上服务器鉴权密钥重新打包通过4G/5G/Internet等无线通信方式发送到传感数据管理云平台，传感数据管理云平台首先根据鉴权信息判断数据包是否属于有效数据包来判断是接收还是丢弃数据包。云平台对接收到有效的数据包进行解析，将对应的数据按照类别进行处理，存储；手机，IPad， PC等远程终端设备及第三方云平台通过运行相应的监护软件，可以获取传感数据云存储的数据，将相应的数据进行以图表的形式进行显示，可以形象的看出监测感知物理数据(如温度、湿度、生理数据等)的变化趋势，可以通过监测软件上设定传感数据正常的阈值范围并将其同步到传感数据管理云平台；传感数据管理云平台根据解析到的数据，将数据存储到对应的数据库上，并对数据进行处理和融合计算，设定不同检测指标的正常阈值范围以及设定指标异常的处理方案，如短信报警等。
如图8所示，在本发明具体实施例中，传感器数据管理云平台61的工作流程如下：传感器数据管理云平台61会一直处于四个事件监听过程中：1、判断是否有授权节点发送传感数据，如果发生此事件云平台首先会采用解析数据包内的鉴权信息判断数据来源的可信性，如果判断数据是来自授权节点发过来的数据包，根据解析对传感器数据进行处理、存储，否则将会把数据进行丢弃，继续进入事件侦听；2、判断是否有授权设备获取传感数据，如果发生此事件云平台首先会解析数据包内的鉴权信息判断数据请求的可信性，防止服务器被恶意请求，如果数据请求可信的话，服务器将会允许授权设备及第三方云平台访问传感数据管理云上存储的数据，否则继续进入事件侦听；3、判断是否有授权设备或者第三方授权云平台发送修改传感监测指标阈值，如果发生此事件，服务器类似按照上述相同方法进行鉴权，将接收到的修正后的指标阈值按照对应类别进行修改，否则将会把数据进行丢弃，继续进入事件侦听；4、判断是否有接收传感数据超过阈值，如果有此事件发生，将通过触发事件报警信息，将通过短信等方式及时通知到管理人员，否则继续进入事件侦听。
图9为本发明一种基于自供能传感器节点的物联网系统的实现方法的步骤流程图。如图9所示，本发明一种基于自供能传感器节点的物联网系统的实现方法，包括如下步骤：
步骤S1，各自供能传感器节点在周期/事件触发唤醒后采集传感数据，并将数据组包通过BLE射频模块发送到蓝牙广播信道37，38，39之一。
步骤S2，支持BLE的终端设备通过监听广播信道数据包，解析获取数据的源地址和监测数据的名称和数值大小，并通过中继的方式将数据按类别重新打包需要加上服务器鉴权密钥重新打包通过无线通信网络发送到传感数据管理云平台。
步骤S3，传感数据管理云平台对接收的数据包进行有效性判断，并对判断为有效的数据包进行解析，将解析后的数据按照类别进行处理、存储，具体地，传感数据管理云平台于接收到数据采集终端传送的数据包后，首先根据鉴权信息判断数据包是否属于有效数据包来判断是接收还是丢弃数据包，然后云对接收到有效的数据包进行解析，根据解析到的数据，将数据存储到对应的数据库上，并对数据进行处理和融合计算，设定不同检测指标的正常阈值范围以及设定指标异常的处理方案，例如短信报警等。
步骤S4，远程终端通过无线通信网络获取传感数据云平台存储的数据，并将相应的数据进行以图表的形式进行显示，以便用户可以形象地看出监测感知物理数据(如温度、湿度、生理数据等)的变化趋势。
实施例
本发明可以应用在智慧医疗、物流、家居、零售、工厂等物联网应用场景，实现数据的物理世界的数据感知、存储和智能管理，本实施例以智慧医疗为例，如图10所示，各自供能传感器节点301佩戴于使用者身上，用于采集使用者的生理指标(ECG、EEG、EMG等)，各自供能传感器节点601在周期/事件触发唤醒后采集使用者的生理数据，并将数据组包通过BLE射频模块发送到蓝牙广播信道37，38，39之一，支持BLE的终端设备，例如手机，IPad，PC等监听广播信道数据包，解析获取数据的源地址和监测数据的名称和数值大小，并通过中继的方式将数据按类别重新打包需要加上服务器鉴权密钥重新打包通过 4G/5G/Internet等无线通信网络上传至作为传感数据管理云平台的医疗监护云进行数据处理、存储和融合用来进行远程监护和疾病预防。当指标发生异常时，医疗定点监护医院在线监护平台会根据病人的信息进行远程专家在线诊断，当发生危及生命的状况时，通过一键触发急救报警功能可以在最短的时间内为救治病人争取宝贵时间。与传统人工诊断相比，采用该本发明系统不仅节省了医疗诊治的时间，同时也提高了诊断的准确性和降低了医疗事故的可能性和诊断成本。每一位病人都可以享受安全、便利、优质的诊疗服务，从根本上解决“看病难、看病贵”等问题，真正做到“人人健康，健康人人”。
综上所述，本发明一种自供能传感器节点及其物联网系统、实现方法通过采用光电能量采集技术将环境中的光照能量获取到超级电容上存储作为电池为自供能传感器节点供电，减少了传感器节点尺寸和延长传感器工作寿命，降低了电池更换和物联网系统部署成本，通过采用BLE通信协议，利用支持BLE的终端设备获取传感器数据，避免了如RFID、NFC数据采集系统需要专门的阅读器设备的硬件限制，扩大了数据获取的便捷性，同时，本发明通过采用BLE蓝牙的广播信道作为数据通信方式降低了传统蓝牙发送数据过程中主从设备建立连接的过程花费的时间(此过程射频工作的功耗可以占到系统90％以上)，并采用周期工作模式节点间歇性休眠进一步降低系统功耗。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种自供能传感器节点，包括：
自供能模块，用于采集环境能量将环境能量转换为电能，并通过能量采集MPPT电源管理芯片将电能储存至超级电容；
低压差稳压器，用于将所述自供能模块输出的电压转换为干净稳定的电源VLDO供给传感器、负载开关、低功耗MCU以及蓝牙通信模块；
传感器，用于在MCU的控制下进行数据采集和传输；
负载开关，用于在MCU的控制下打开以将所述传感器采集的数据传输至MCU；
MCU，用于通过周期或事件触发方式产生唤醒和打开所述传感器、负载开关，并控制蓝牙通信模块进行有序工作，其它时间所述自供能传感器节点处于休眠状态；
蓝牙通信模块，用于在所述MCU的控制下将所述传感器采集的数据通过蓝牙广播信道予以广播。
2.如权利要求1所述的一种自供能传感器节点，其特征在于：所述周期方式为由所述MCU设定传感器发送的时间间隔T，根据设定的时间间隔唤醒和打开所述传感器、负载开关以及控制所述蓝牙通信模块工作。
3.如权利要求1所述的一种自供能传感器节点，其特征在于：所述事件触发方式为当所述超级电容上存储的电压大于最大的电压阈值时产生触发信号至所述MCU，所述MCU根据该触发信号唤醒和打开所述传感器、负载开关以及控制所述蓝牙通信模块工作。
4.如权利要求2或3所述的一种自供能传感器节点，其特征在于：所述蓝牙通信模块为基于BLE协议的BLE通信模块。
5.如权利要求4所述的一种自供能传感器节点，其特征在于：所述MCU只调用BLE协议的广播信道(37，38，39)进行发送数据，无需建立连接，将数据通过嵌入在广播数据包发送到广播信道中进行传递。
6.一种基于自供能传感器节点的物联网系统，包括：
数据采集终端，用于通过N个自供能传感器节点采集传感数据，并将采集的数据组包通过BLE射频模块发送到蓝牙广播信道，通过支持BLE的终端设备监听广播信道数据包获取传感数据后通过无线通信网络发送到传感数据管理云平台；
传感数据管理云平台，用于对接收的数据包进行有效性判断，并对判断为有效的数据包进行解析，将解析后的数据按照类别进行处理、存储；
远程终端，用于通过无线通信网络获取所述传感数据云平台存储的数据，并将相应的数据进行显示。
7.如权利要求6所述的一种基于自供能传感器节点的物联网系统，其特征在于，所述数据采集终端包括：
N个自供能传感器节点，各自供能传感器节点在周期/事件触发唤醒后采集传感数据，并将数据组包通过BLE射频模块发送到蓝牙广播信道(37，38，39)之一；
支持BLE的终端设备，通过监听广播信道数据包，解析获取数据的源地址和监测数据的名称和数值大小，并通过中继的方式将数据按类别重新打包需要加上服务器鉴权密钥重新打包通过无线通信网络发送到所述传感数据管理云平台。
8.如权利要求7所述的一种基于自供能传感器节点的物联网系统，其特征在于：所述传感数据管理云平台首先根据鉴权信息判断数据包是否属于有效数据包来判断是接收还是丢弃数据包，然后对接收到有效的数据包进行解析，根据解析到的数据，将数据存储到对应的数据库上，并对数据进行处理和融合计算。
9.如权利要求7所述的一种基于自供能传感器节点的物联网系统，其特征在于：所述远程终端还用于设定传感数据正常的阈值范围并将其同步到所述传感数据管理云平台，以便所述传感数据管理云平台根据设定的阈值范围进行指标异常报警。
10.一种基于自供能传感器节点的物联网系统的实现方法，包括如下步骤：
步骤S1，各自供能传感器节点在周期/事件触发唤醒后采集传感数据，并将数据组包通过BLE射频模块发送到蓝牙广播信道；
步骤S2，支持BLE的终端设备通过监听广播信道数据包，解析获取数据的源地址和监测数据的名称和数值大小，并通过中继的方式将数据按类别重新打包需要加上服务器鉴权密钥重新打包通过无线通信网络发送到传感数据管理云平台；
步骤S3，传感数据管理云平台对接收的数据包进行有效性判断，并对判断为有效的数据包进行解析，将解析后的数据按照类别进行处理、存储；
步骤S4，远程终端通过无线通信网络获取传感数据云平台存储的数据，并将相应的数据进行显示。
CN202011461377.9A 2020-12-11 2020-12-11 一种自供能传感器节点及其物联网系统、实现方法 Pending CN112584368A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011461377.9A CN112584368A (zh) 2020-12-11 2020-12-11 一种自供能传感器节点及其物联网系统、实现方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011461377.9A CN112584368A (zh) 2020-12-11 2020-12-11 一种自供能传感器节点及其物联网系统、实现方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112584368A true CN112584368A (zh) 2021-03-30

Family

ID=75131618

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011461377.9A Pending CN112584368A (zh) 2020-12-11 2020-12-11 一种自供能传感器节点及其物联网系统、实现方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112584368A (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113376706A (zh) * 2021-06-11 2021-09-10 广州华购计算机科技有限公司 客流统计方法、装置、系统、设备及存储介质
CN113691889A (zh) * 2021-07-19 2021-11-23 哈尔滨工业大学 一种基于射频能供能的无线传感节点及其唤醒与自驱动方法
CN114326461A (zh) * 2021-11-11 2022-04-12 中联重科股份有限公司 载荷谱数据的控制系统和控制方法
CN115802308A (zh) * 2022-11-11 2023-03-14 四川启睿克科技有限公司 一种用于城市环境监测的可穿戴环境传感器网络系统
CN115913600A (zh) * 2021-09-30 2023-04-04 华为技术有限公司 用于标识设备的方法、装置、电子设备和介质
CN116567034A (zh) * 2023-05-25 2023-08-08 深圳市视壮科技有限公司 一种用于物联网的数据传输方法
CN118102245A (zh) * 2023-12-15 2024-05-28 北京暖流科技有限公司 一种地下管网数据采集系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160344740A1 (en) * 2015-05-22 2016-11-24 Yu Yung Choi System and method for access and management of things over a communication network related thereto
CN108200541A (zh) * 2018-02-11 2018-06-22 张戈零 基于物联网的蓝牙控制终端
CN109067873A (zh) * 2018-08-02 2018-12-21 上海锐岑计算机科技有限公司 一种物联网远程监护系统
US20190178701A1 (en) * 2017-12-04 2019-06-13 Newvistas Capital, Llc Monitoring system for determining a vehicle safety setting based on weight
CN111066349A (zh) * 2017-09-12 2020-04-24 皇家飞利浦有限公司 自供电的物联网传感器设备
CN111343588A (zh) * 2018-12-18 2020-06-26 南京爱体智能科技有限公司 一种蓝牙布防井盖异动智能感知系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160344740A1 (en) * 2015-05-22 2016-11-24 Yu Yung Choi System and method for access and management of things over a communication network related thereto
CN111066349A (zh) * 2017-09-12 2020-04-24 皇家飞利浦有限公司 自供电的物联网传感器设备
US20190178701A1 (en) * 2017-12-04 2019-06-13 Newvistas Capital, Llc Monitoring system for determining a vehicle safety setting based on weight
CN108200541A (zh) * 2018-02-11 2018-06-22 张戈零 基于物联网的蓝牙控制终端
CN109067873A (zh) * 2018-08-02 2018-12-21 上海锐岑计算机科技有限公司 一种物联网远程监护系统
CN111343588A (zh) * 2018-12-18 2020-06-26 南京爱体智能科技有限公司 一种蓝牙布防井盖异动智能感知系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
（英）尼克•胡恩: "《物联网关键技术及其数据处理》", 西安交通大学出版社, pages: 164 - 165 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113376706A (zh) * 2021-06-11 2021-09-10 广州华购计算机科技有限公司 客流统计方法、装置、系统、设备及存储介质
CN113691889A (zh) * 2021-07-19 2021-11-23 哈尔滨工业大学 一种基于射频能供能的无线传感节点及其唤醒与自驱动方法
CN113691889B (zh) * 2021-07-19 2025-01-10 哈尔滨工业大学 基于射频能供能的无线传感节点及其唤醒与自驱动方法
CN115913600A (zh) * 2021-09-30 2023-04-04 华为技术有限公司 用于标识设备的方法、装置、电子设备和介质
CN114326461A (zh) * 2021-11-11 2022-04-12 中联重科股份有限公司 载荷谱数据的控制系统和控制方法
CN115802308A (zh) * 2022-11-11 2023-03-14 四川启睿克科技有限公司 一种用于城市环境监测的可穿戴环境传感器网络系统
CN116567034A (zh) * 2023-05-25 2023-08-08 深圳市视壮科技有限公司 一种用于物联网的数据传输方法
CN116567034B (zh) * 2023-05-25 2024-01-26 深圳市视壮科技有限公司 一种用于物联网的数据传输方法
CN118102245A (zh) * 2023-12-15 2024-05-28 北京暖流科技有限公司 一种地下管网数据采集系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112584368A (zh) 一种自供能传感器节点及其物联网系统、实现方法
CN100468390C (zh) 数字信号智能监测方法及其应用系统
US7507946B2 (en) Network sensor system and protocol
CN102547792A (zh) 一种无线传感器网络节点协同工作的方法、装置及系统
KR102251628B1 (ko) 다양한 센서와 선택적으로 연결될 수 있는 초저전력 무선 센서 네트워크
CN104507148A (zh) 一种低功耗无线传感网
CN110266796A (zh) 一种基于lpwan的纺织车间监测系统
CN105004896A (zh) 一种具有时段实时用电数据监测功能的电表系统
CN105451248A (zh) 一种数据采集系统及数据采集方法
CN115118613B (zh) 配置通信网络的方法、网关、系统、计算机程序产品和介质
CN112566048B (zh) 一种事件驱动型超低功耗无源传感器数据采集终端及方法
CN206773459U (zh) 基于物联网的智能居家养老监测系统
KR102251629B1 (ko) 다양한 센서와 선택적으로 연결될 수 있는 초저전력 무선 센서 모듈
CN208461844U (zh) 一种基于LoRa无线网络的智慧城市监控系统
CN207133862U (zh) 一种智慧城市能源分析监测装置
CN106817165B (zh) 基于光通信唤醒的光纤网络式传感器、光纤网络式传感器监测系统及其监测方法
CN205697704U (zh) 一种无线智能动态医疗监护分析系统
TWM638250U (zh) 遠端智慧偵測控制儀表之無線物聯網系統之裝置
CN108404253A (zh) 一种基于wsn的体征监测、输液监管和无源呼叫系统
CN212909813U (zh) 基于压缩感知的监控图像处理系统
CN211783878U (zh) 无线红外发电机滑环温度检测装置
CN202035144U (zh) 基于zigbee的人体传感器网终端
KR20230118350A (ko) 양봉용 스마트 무선 모니터링 시스템
CN112074007A (zh) 间隙性方式工作的物联网终端无线通信系统和方法
CN213787354U (zh) 一种可穿戴接触式的无线体温监测系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210330

RJ01 Rejection of invention patent application after publication