專利名稱：一種信號采集設備的制作方法
技術領域：
一種信號采集設備技術領域[0001]本專利屬于無線傳感器網絡環境監測系統測試領域，尤其涉及一種信號采集設備及對無線傳感器網絡環境監測系統進行測試的方法與系統。
背景技術：
[0002]無線傳感器網絡環境監測系統由于具有體積小、成本低、自組網、部署方便等特點，在環境監測領域得到越來越廣泛的應用。現在雖然有很多針對無線傳感器網絡環境監測系統的仿真測試平臺，但現實環境中存在各種不可預料的影響因素，導致系統實際部署之后的行為與預期行為有很大偏差。[0003]隨著無線傳感器網絡環境監測系統應用研究的不斷深入，人們逐漸意識到通過實際傳感器節點建立真實網絡平臺進行功能和性能測試的重要性。目前國內外關于這方面的研究尚處于初級階段。在無線傳感器網絡實際部署驗證方面，目前典型的方案包括 Crossbow公司提出的MotoWorks和哈佛大學提出的MotoLab。這兩種方案的共同特點是節點主動參與測試，測試行為對網絡有一定的干擾，從而降低了測試結果的準確性。文獻-非打擾式無線傳感器網絡測試儀的設計與實現，李天林，皇甫偉，楊煦，張志強，孫利民，李方敏，計算機科學，2010 (37)，4:45-62,提出了一種非打擾式無線傳感器網絡測試系統，通過采集無線傳感器節點內控制器與射頻芯片之間的數據通信信息來進行測試，雖然這種方式不會打擾節點軟硬件的工作，然而需要破壞節點外部封裝，不能用于在實際環境如雨水等天氣環境下的測試。實用新型內容[0004]本實用新型要解決的技術問題是提供一種信號采集設備，不需破壞被測系統中設備內外部結構，不會干擾被測系統在實際環境中的工作就能實現對無線傳感器網絡環境監測系統進行測試，且能夠滿足實際應用環境測試需要。[0005]為了解決上述問題，本實用新型提供了一種信號采集設備，所述信號采集設備包括:[0006]米集環境信息的傳感器模塊；[0007]將所述傳感器模塊發來的模擬形式的環境信息轉換為數字形式的環境信息的A/D 轉換模塊；[0008]控制所述傳感器模塊采集所述環境信息，控制所述網絡通信模塊上傳信息，并存儲所述傳感器模塊采集的環境信息的處理器模塊；及[0009]根據所述處理器模塊的控制將數字形式的環境信息上傳至監控中心的網絡通信模塊。[0010]可選地，所述信號采集設備還包括為與其相連的模塊提供電源的電源模塊。[0011]可選地， 所述傳感器模塊包括多種類型的傳感器，設置成:根據需要采集多種類型的環境信息。[0012]可選地，所述網絡通信模塊設置成按照WiF1、以太網、3G或GPRS網絡通信方式通信。可選地，所述信號采集設備還包括對所述傳感器模塊輸出的信號進行降噪處理的信號處理模塊，其連接于所述傳感器模塊及所述A/D轉換模塊之間，還與所述電源模塊相連。可選地，所述降噪處理包括放大、隔離及濾波處理。上述技術方案不需破壞被測系統中設備內外部結構，不會干擾被測系統在實際環境中的工作就能實現對無線傳感器網絡環境監測系統進行測試，且能夠滿足實際應用環境測試需要。
圖1為本實用新型實施例的信號采集設備的結構示意圖。圖2為本實用新型實施例的測試系統的示意圖。
具體實施方式下面將結合附圖及實施例對本實用新型的技術方案進行更詳細的說明。需要說明的是，如果不沖突，本實用新型實施例以及實施例中的各個特征可以相互結合，均在本實用新型的保護范圍之內。另外，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同于此處的順序執行所示出或描述的步驟。本實用新型實施例公開了一種信號采集設備，如圖1所示，該信號采集設備包括傳感器模塊101、A/D轉換模塊102、處理器模塊103、網絡通信模塊104及電源模塊105，傳感器模塊101與A/D轉換模塊102相連，處理器模塊103與傳感器模塊101、A/D轉換模塊102、網絡通信模塊104及電源模塊105均相連，電源模塊105還與傳感器模塊101、A/D轉換模塊102及網絡通信模塊104相連，其中:所述傳感器模塊101由多種類型的傳感器構成，設置成:根據需要采集多種類型的環境信息。傳感器模塊101所包括的傳感器類型根據需要來確定，如需要測量環境中的溫度、濕度、氣體濃度等時，所述傳感器模塊需要包括溫度傳感器、濕度傳感器、氣體濃度傳感器等類型的傳感器。A/D轉換模塊102設置成:將傳感器模塊101發來的模擬形式的環境信息轉換為數字形式的環境信息。處理器模塊103設置成:控制傳感器模塊101采集所述環境信息，控制所述網絡通信模塊104上傳信息或接收信息，并存儲傳感器模塊101采集的環境信息及網絡通信模塊104接收的信息。網絡通信模塊104設置成:將數字形式的環境信息上傳至監控中心，并接收來自監控中心的信息。網絡通信模塊104設置成按照WiF1、以太網、3G或GPRS網絡通信方式通信。電源模塊105設置成:為與其相連的模塊提供電源。可選地，上述信號采集設備還包括信號處理模塊106，其連接于傳感器模塊101及A/D轉換模塊102之間，還與電源模塊105相連，設置成:對傳感器模塊101輸出的需要進行處理的信號進行降噪處理，以使得最終得到的數據更加準確。[0029]可選地，所述降噪處理包括放大、隔離、濾波等處理。[0030]本實用新型實施例還公開了一種對無線傳感器網絡環境監測系統進行測試的系統，在后續描述中，為了便于說明，將被測的無線傳感器網絡環境監測系統簡稱為被測系統，如圖2所示，該系統包括:信號采集設備、被測系統及監控中心，多個信號采集設備和被測系統均置于被測環境中，信號采集設備位于被測的無線傳感器網絡環境監測系統的無線傳感器網絡環境檢測節點(簡稱被測系統的檢測節點)附近，其中:[0031]信號采集設備可以是如上所述的信號采集設備，也可以是現有的其他可用于本實用新型的信號采集設備。[0032]被測的無線傳感器網絡環境監測系統包括無線傳感器網絡環境檢測節點(檢測節點)、中繼和網關，其中:[0033]所述檢測節點設置成:采集環境信息，將采集的環境信息傳輸至中繼和網關，最終由網關通過以太網傳輸至所述監控中心。[0034]所述監控中心設置成:接收并存儲來自被測系統和多個信號采集設備的環境信息，以信號采集設備的環境信息為參照對被測系統環境信息進行數據分析和測試控制得到測試結果。[0035]可選地，所述檢測節點、中繼和網關之間采用ZigBee協議組網通信，所述網關通過以太網與監控中心進行網絡通信。[0036]可選地，監控中心包括服務器和監控終端，在服務器上運行測試軟件。測試軟件主要包括:1)環境信息測試模塊:主要包括數據種類、準確性和測量范圍等測試；2)網絡狀態測試模塊:包括丟包率、網絡節點規模等。[0037]本實用新型的測試系統的使用方法，包括如下步驟:[0038]步驟一、將被測系統和多個信號采集設備置于被測環境中。[0039]被測系統用于采集環境信息并將數據傳輸至監控中心進行測試，多個信號采集設備作為參照，用于評價被測系統的準確性。[0040]步驟二、被測系統和多個信號采集設備向監測中心上報各自采集的環境信息。[0041]可選地，被測系統通過其檢測節點實現環境信息采集，且被測系統在上報環境信息時，攜帶檢測節點ID。[0042]可選地，該步驟包括:被測系統的各檢測節點將采集的環境信息，采用ZigBee協議無線通信方式，傳輸至中繼和網關，最終網關通過以太網傳輸至監控中心。[0043]步驟三、監控中心接收并存儲來自被測系統和多個信號采集設備的環境信息，以信號采集設備的環境信息為參照對被測系統環境信息進行 數據分析和測試控制得到測試結果。[0044]例如，以信號采集設備的數據為參照測試驗證被測系統監測數據，包括數據種類、 準確性和測量范圍等。監控中心通過收集的被測系統數據包，分析得到被測系統的節點ID， 統計得到網絡規模。監控中心以一段長度的時間為測試時間段，統計該時間段內實際收到的被測系統數據包數目，根據被測系統的采樣周期計算得到該段時間內理論上傳的數據包數目，被測系統的丟包率=(理論數據包數目-實際數據包數目)/理論數據包數目。[0045]本實用新型中的信號采集設備由獨立設備實現，不需破壞被測系統中設備內外部結構，適用于實際應用環境測試；采用WiF1、以太網、3G或GPRS的網絡通信方式，而不會干擾被測無線傳感器網絡系統的無線通信；每個信號采集設備可連接多種傳感器，具有通用性，滿足環境監測應用中的多種環境信息監測需求；通過監控中心實現遠程控制和測試分析。因此，本系統可以滿足了實際應用環境中系統測試的需求。下面用本實用新型的一個應用示例進一步加以說明。該應用實例以農業大棚環境監測系統的測試為例來進行說明:被測系統為農業大棚環境監測系統，包括無線傳感器網絡環境監測節點、中繼和網關，無線傳感器網絡環境監測節點監測的環境信息包括土壤溫度、土壤濕度、空氣溫度、空氣濕度、二氧化碳濃度、光照度 等。信號采集設備由傳感器模塊、信號處理模塊、A/D轉換模塊、處理器模塊、網絡通信模塊、電源模塊組成。傳感器模塊連接六個類型傳感器，包括土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器、空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器、二氧化碳濃度傳感器、光照度傳感器。處理器模塊采用TI公司的MSP430F149。MSP430F149是16位超低功耗微控制器，其CPU采用16位RISC架構，內部集成了 60KB閃存、2KB RAM。網絡通信模塊采用以太網模塊。采用外部電源供電，電源模塊將外部220V電源轉化為12V為整個設備供電。監控中心包括服務器和監控終端，在服務器上運行測試軟件。測試軟件主要包括:I)環境信息測試模塊:主要包括數據種類、準確性和測量范圍測試；2)網絡狀態測試模塊:包括丟包率、網絡節點規模。測試過程:多個信號采集設備和被測系統置于農業大棚環境中，用于采集環境信息。多個信號采集設備通過以太網將數據傳輸至監控中心。檢測節點、中繼和網關組成自組織網絡，檢測節點將采集的環境信息封裝為數據包，經中繼傳輸至網關，網關將數據包通過以太網傳輸至監控中心。監控中心解析信號采集設備和被測系統的數據包，得到信號采集設備和被測系統各自監測的環境信息，以信號采集設備的數據為參照測試驗證被測系統監測數據，包括數據種類、準確性和測量范圍。監控中心通過收集的被測系統數據包，分析得到被測系統的節點ID，統計得到網絡規模。監控中心可以設置測試時間段，以24小時為例，統計該時間段內實際收到的被測系統數據包數目，根據被測系統的采樣周期計算得到該段時間內理論上傳的數據包數目，理論數據包數目=24小時/采樣周期，被測系統某節點的丟包率=(理論數據包數目-實際數據包數目)/理論數據包數目。本領域普通技術人員可以理解上述方法中的全部或部分步驟可通過程序來指令相關硬件完成，所述程序可以存儲于計算機可讀存儲介質中，如只讀存儲器、磁盤或光盤等。可選地，上述實施例的全部或部分步驟也可以使用一個或多個集成電路來實現。相應地，上述實施例中的各模塊/單元可以采用硬件的形式實現，也可以采用軟件功能模塊的形式實現。本實用新型不限制于任何特定形式的硬件和軟件的結合。當然，本實用新型還可有其他多種實施例，在不背離本實用新型精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本實用新型作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本實用新型的權利要求的保護范圍。
權利要求1.一種信號采集設備，其特征在于，所述信號采集設備包括: 采集環境信息的傳感器模塊(101)； 將所述傳感器模塊(101)發來的模擬形式的環境信息轉換為數字形式的環境信息的A/D轉換模塊(102)； 控制所述傳感器模塊(101)采集所述環境信息，控制網絡通信模塊(104)上傳信息，并存儲所述傳感器模塊(101)采集的環境信息的處理器模塊(103);及 根據所述處理器模塊(103)的控制將數字形式的環境信息上傳至監控中心的網絡通信模塊(104)。
2.如權利要求1所述的信號采集設備，其特征在于，所述信號采集設備還包括為與其相連的模塊提供電源的電源模塊(105)。
3.如權利要求1所述的信號采集設備，其特征在于，所述傳感器模塊(101)包括多種類型的傳感器，設置成:根據需要采集多種類型的環境信息。
4.如權利要求1所述的信號采集設備，其特征在于，所述網絡通信模塊(104)設置成按照WiF1、以太網、3G或GPRS網絡通信方式通信。
5.如權利要求2所述的信號采集設備，其特征在于，所述信號采集設備還包括對所述傳感器模塊(101)輸出的信號進行降噪處理的信號處理模塊(106)，其連接于所述傳感器模塊(101)及所述A/D轉換模塊(102)之間，還與所述電源模塊(105)相連。
6.如權利要求5所述的信號采集設備，其特征在于，所述降噪處理包括放大、隔離及濾波處理。·
專利摘要一種信號采集設備，所述標準信號采集設備包括采集環境信息的傳感器模塊；將所述傳感器模塊發來的模擬形式的環境信息轉換為數字形式的環境信息的A/D轉換模塊；控制所述傳感器模塊采集所述環境信息，控制所述網絡通信模塊上傳信息，并存儲所述傳感器模塊采集的環境信息的處理器模塊；及根據所述處理器模塊的控制將數字形式的環境信息上傳至監控中心的網絡通信模塊。上述技術方案不需破壞被測系統中設備內外部結構，不會干擾被測系統在實際環境中的工作就能實現對無線傳感器網絡環境監測系統進行測試，且能夠滿足實際應用環境測試需要。
文檔編號H04W84/18GK203151744SQ20122071603
公開日2013年8月21日 申請日期2012年12月21日 優先權日2012年12月21日
發明者樊勇, 魏劍平, 黃孝斌, 袁玲玲 申請人:北京時代凌宇科技有限公司