一種智能灌溉系統(tǒng)中無線傳感設(shè)備的防雷擊裝置制造方法
【專利摘要】一種智能灌溉系統(tǒng)中無線傳感設(shè)備的防雷擊裝置，包括有雷電預(yù)警監(jiān)測裝置，雷電預(yù)警監(jiān)測裝置通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與路由節(jié)點(diǎn)無線連接；路由節(jié)點(diǎn)與終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)相連；路由節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)中的其他路由節(jié)點(diǎn)無線連接；通過設(shè)立在田間的小型雷電預(yù)警監(jiān)測裝置監(jiān)測、采集大氣電場強(qiáng)度信息，并對采集的大氣電場強(qiáng)度信息進(jìn)行分析判斷，判斷雷電的發(fā)生的可能性大小；當(dāng)大氣電場強(qiáng)度超過預(yù)定閾值時(shí)，雷電預(yù)警監(jiān)測裝置向路由節(jié)點(diǎn)發(fā)出預(yù)警信號，路由節(jié)點(diǎn)接收到預(yù)警信號后，通知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中所有活動的終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)；終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)接收到信號以后，立刻進(jìn)入無線電靜默狀態(tài)；降低灌溉系統(tǒng)遭受雷電襲擊的可能性，保證了監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)性。
【專利說明】一種智能灌溉系統(tǒng)中無線傳感設(shè)備的防雷擊裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于灌溉系統(tǒng)通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種智能灌溉系統(tǒng)中無線傳感設(shè)備的防雷擊裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著智能灌溉技術(shù)的大力推廣，越來越多的智能灌溉設(shè)施在田間投入運(yùn)行，其中絕大多數(shù)的智能灌溉系統(tǒng)通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的形式來監(jiān)測和傳送土壤墑情數(shù)據(jù)。對于一些雷電災(zāi)害較為嚴(yán)重的地區(qū)，無線傳感設(shè)備極易受到雷電的襲擊。如果為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)量眾多無線傳感設(shè)備加裝避雷裝置，不僅投資較大，而且較難維護(hù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種智能灌溉系統(tǒng)中無線傳感設(shè)備的防雷擊裝置，能在雷電到來之前提前發(fā)出預(yù)警信息并通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制命令，使全網(wǎng)無線設(shè)備保持無線電靜默，并本地緩存監(jiān)測數(shù)據(jù)，待雷電警報(bào)解除后再次發(fā)送，從而大大降低遭受雷電襲擊的可能性且保證了監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)性。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種智能灌溉系統(tǒng)中無線傳感設(shè)備的防雷擊裝置，包括有雷電預(yù)警監(jiān)測裝置3，雷電預(yù)警監(jiān)測裝置3通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與路由節(jié)點(diǎn)2無線連接；路由節(jié)點(diǎn)2與終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)I相連；路由節(jié)點(diǎn)2與網(wǎng)絡(luò)中的其他路由節(jié)點(diǎn)2無線連接。
[0005]所述的雷電預(yù)警監(jiān)測裝置3用于對大氣電場進(jìn)行監(jiān)測,采用Campbell ScientificInc生產(chǎn)的LWllO型雷電預(yù)警系統(tǒng)。
[0006]所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為采用ZIGBEE協(xié)議棧進(jìn)行通信的MESH型ZIGBEE無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
[0007]所述的路由節(jié)點(diǎn)采用支持ZIGBEE協(xié)議的無線芯片。
[0008]所述的路由節(jié)點(diǎn)和無線傳感器設(shè)備為ZIGBEE無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中使用ZIGBEE無線芯片搭建的路由設(shè)備和無線傳感器設(shè)備。
[0009]所述的無線芯片中設(shè)有發(fā)射功率寄存器。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0011]由于雷電預(yù)警監(jiān)測設(shè)備是基于對大氣電場的測量，并非雷擊本身，因此可以監(jiān)測雷電的潛在威脅，可以在雷電到來之前提前采取保護(hù)。本方法對雷擊風(fēng)險(xiǎn)采取主動規(guī)避的措施，并盡可能少地對系統(tǒng)進(jìn)行改動，既有效地規(guī)避了風(fēng)險(xiǎn)，又節(jié)省了成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的整體示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明中雷電預(yù)警系統(tǒng)與無線芯片的連接電路圖。
[0014]圖3為本發(fā)明的系統(tǒng)工作流程圖。
[0015]圖4為本發(fā)明的路由節(jié)點(diǎn)工作流程圖。
[0016]圖5為本發(fā)明中無線芯片發(fā)射功率自動調(diào)整流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0018]參見圖1，一種智能灌溉系統(tǒng)中無線傳感設(shè)備的防雷擊裝置，包括有雷電預(yù)警監(jiān)測裝置3，雷電預(yù)警監(jiān)測裝置3通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與路由節(jié)點(diǎn)2無線連接；路由節(jié)點(diǎn)2與終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)I相連；路由節(jié)點(diǎn)2與網(wǎng)絡(luò)中的其他路由節(jié)點(diǎn)2無線連接。
[0019]所述的雷電預(yù)警監(jiān)測裝置3用于對大氣電場進(jìn)行監(jiān)測,采用Campbell ScientificInc生產(chǎn)的LWllO型雷電預(yù)警系統(tǒng)。
[0020]所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為采用ZIGBEE協(xié)議棧進(jìn)行通信的MESH型(網(wǎng)狀)ZIGBEE無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
[0021]所述的路由節(jié)點(diǎn)采用支持ZIGBEE協(xié)議的無線芯片。
[0022]所述的路由節(jié)點(diǎn)和無線傳感器設(shè)備為ZIGBEE無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中使用ZIGBEE無線芯片(如CC2430/2530)搭建的路由節(jié)點(diǎn)和無線傳感器設(shè)備。
[0023]所述的無線芯片中設(shè)有發(fā)射功率寄存器。發(fā)射功率寄存器(如:CC2430 ZIGBEE無線芯片中的TXCTRLL.PA_LEVEL寄存器)。
[0024]本實(shí)用新型的工作流程:
[0025]I)通過設(shè)立在田間的小型雷電預(yù)警監(jiān)測裝置監(jiān)測、采集大氣電場強(qiáng)度信息，并對采集的大氣電場強(qiáng)度信息進(jìn)行分析判斷，判斷雷電的發(fā)生的可能性大??；
[0026]2)當(dāng)大氣電場強(qiáng)度超過預(yù)定閾值時(shí)，雷電預(yù)警監(jiān)測裝置向路由節(jié)點(diǎn)組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)出預(yù)警信號，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的路由節(jié)點(diǎn)接收到預(yù)警信號后，立即在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行廣播，以最快的速度通知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中所有活動的終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)；
[0027]3)終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)接收到預(yù)警信號后，向所有與其建立通信的終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，當(dāng)路由節(jié)點(diǎn)確認(rèn)所有與其通信的終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)均收到預(yù)警消息之后，路由節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)入無線電靜默狀態(tài)，終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)接收到信號以后，立刻進(jìn)入無線電靜默狀態(tài)。
實(shí)施例
[0028]下面以一次雷電過程對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0029]參見圖1、圖3和圖4，當(dāng)雷電來臨時(shí)，雷電監(jiān)測預(yù)警裝置3監(jiān)測到大氣電場場強(qiáng)值異常，隨即通過ZIGBEE無線傳感器網(wǎng)絡(luò)向網(wǎng)絡(luò)中最近的幾個(gè)路由節(jié)點(diǎn)2發(fā)送數(shù)據(jù)幀類型為廣播幀的雷電預(yù)警信息。當(dāng)附近幾個(gè)的路由節(jié)點(diǎn)2接收到含有雷電預(yù)警信號的數(shù)據(jù)幀之后，每個(gè)路由節(jié)點(diǎn)向其所有終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)I進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)向其他路由節(jié)點(diǎn)2繼續(xù)廣播，待其所有終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)I均收到預(yù)警消息之后，路由節(jié)點(diǎn)2隨即轉(zhuǎn)入無線電靜默狀態(tài)，而終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)I接收到預(yù)警信號以后，則立刻進(jìn)入無線電靜默狀態(tài)。無線電靜默期間終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)所采集到的土壤墑情數(shù)據(jù)在無線芯片中緩存。當(dāng)雷電過程趨于結(jié)束，雷電預(yù)警監(jiān)測裝置3監(jiān)測到大氣電場場強(qiáng)值恢復(fù)正常，按上述過程發(fā)布警報(bào)解除消息，整個(gè)系統(tǒng)重新激活。終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)I向各自的路由節(jié)點(diǎn)2 (父級節(jié)點(diǎn))發(fā)送雷電過程中本地緩存的土壤墑情檢測數(shù)據(jù)。
[0030]參見圖5，在數(shù)據(jù)幀進(jìn)行廣播的過程中，具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能的路由節(jié)點(diǎn)2在廣播預(yù)警信息時(shí)，為了進(jìn)一步地規(guī)避雷擊風(fēng)險(xiǎn)，采用動態(tài)調(diào)整發(fā)射功率的廣播策略:在廣播預(yù)警信息之前，路由節(jié)點(diǎn)2首先檢視并記錄當(dāng)前所有可用路由的通信鏈路質(zhì)量指數(shù)(LQI)，在隨后預(yù)警信息經(jīng)所有可用路由轉(zhuǎn)發(fā)的過程中，首先讀取當(dāng)前路由的LQI，并根據(jù)當(dāng)前鏈路的LQI值調(diào)整無線芯片中寄存器TXCTRLL.PA_LEVEL的值(寄存器TXCTRLL.PA_LEVEL的取值大小最終會影響無線電通信的發(fā)射功率，對于LQI較高的鏈路，可適當(dāng)降低發(fā)射功率)。如此往復(fù)以上過程，直至預(yù)警信息經(jīng)所有可用路由發(fā)送完畢。
[0031]參見圖2，雷電預(yù)警系統(tǒng)與無線芯片CC2530之間通過MAX485電平轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行通訊，預(yù)警系統(tǒng)首先將預(yù)警信息通過RS-485數(shù)據(jù)線傳送至MAX485電平轉(zhuǎn)換芯片，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后傳送至CC2530無線芯片并將預(yù)警信息封裝成數(shù)據(jù)幀借助無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。
【權(quán)利要求】
1.一種智能灌溉系統(tǒng)中無線傳感設(shè)備的防雷擊裝置，其特征在于，包括有雷電預(yù)警監(jiān)測裝置(3)，雷電預(yù)警監(jiān)測裝置(3)通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與路由節(jié)點(diǎn)(2)無線連接；路由節(jié)點(diǎn)(2)與終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)(I)相連；路由節(jié)點(diǎn)(2)與網(wǎng)絡(luò)中的其他路由節(jié)點(diǎn)(2)無線連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能灌溉系統(tǒng)中無線傳感設(shè)備的防雷擊裝置，其特征在于，所述的雷電預(yù)警監(jiān)測裝置(3)用于對大氣電場進(jìn)行監(jiān)測，采用Campbell ScientificInc生產(chǎn)的LWllO型雷電預(yù)警系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能灌溉系統(tǒng)中無線傳感設(shè)備的防雷擊裝置，其特征在于，所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為采用ZIGBEE協(xié)議棧進(jìn)行通信的MESH型ZIGBEE無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能灌溉系統(tǒng)中無線傳感設(shè)備的防雷擊裝置，其特征在于，所述的路由節(jié)點(diǎn)采用支持ZIGBEE協(xié)議的無線芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能灌溉系統(tǒng)中無線傳感設(shè)備的防雷擊裝置，其特征在于，所述的路由節(jié)點(diǎn)和無線傳感器設(shè)備為ZIGBEE無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中使用ZIGBEE無線芯片搭建的路由設(shè)備和無線傳感器設(shè)備。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種智能灌溉系統(tǒng)中無線傳感設(shè)備的防雷擊裝置，其特征在于，所述的無線芯片中設(shè)有發(fā)射功率寄存器。
【文檔編號】G08C17/02GK204010294SQ201420480582
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月25日
【發(fā)明者】郭國法, 許萌, 張開生 申請人:陜西科技大學(xué)