[发明专利]一种传感器分时开闭的控制方法和传感器节点

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络技术领域，更为具体地讲，涉及一种传感器分时开闭的控制方法和传感器节点。

背景技术

一般情况下，传感器以充电电池、碱性电池等提供电量。在很多应用场景中，电池充电或者更换并不是件容易的事情。因此，在设计传感器和组建无线传感器网络时，都应该在满足应用需求的前提下，尽可能降低传感器的能量消耗，延长一次充电或更换电池后的工作时间。

传感器节点是无线传感器网络的基本功能单元。图1是传感器节点的结构示意图。如图1所示，传感器节点的基本组成模块包括：传感器模块、处理器模块、通信模块以及电源模块，其中传感器模块通常包括多个不同类型的传感器，用于采集传感数据，处理器模块是传感器节点的核心模块，用于设备控制、任务分配与调度、传感数据处理等，通信模块用于实现服务器和传感器节点以及传感器节点之间的数据通信和控制通信。不同类型的传感器的响应时间（即从上电开始到获得稳定的传感数据的时间）差别很大。例如二氧化碳浓度传感器的响应时间在5到10分钟，而光照传感器的响应时间则低于1秒。

在物联网应用中，在部分场景中，服务器需要定期采集多个传感器节点的数据。由于需要保证所有传感器都输出稳定的传感数据，如果电源模块同时给多个传感器一起供电，则供电时间需要按照最大响应时间的传感器来进行设置，这样就会造成其他响应时间较短的传感器浪费宝贵的电池电量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种传感器分时开闭的控制方法和传感器节点，根据不同类型传感器的响应时间来分时开闭传感器，从而节约电量。

为实现上述发明目的，本发明传感器分时开闭的控制方法包括以下步骤：预先将所有传感器分为K组，每组的总工作电流均小于电源模块额定电流，为每个传感器设置一个对应的定时器，传感器节点每次数据上报结束后，处理器模块设置传感器和电源模块的连接时刻为断开时刻为其中T表示传感器节点下一次数据上报时刻，tn表示第n个传感器的响应时间，n的取值范围为n＝1,2,…,N，N表示传感器的数量，d_k表示第n个传感器所在分组k中所有传感器的最大响应时间，k的取值范围为n＝1,2,…,K；定时器计时达到电源连接时刻时，传感器与电源模块连接，达到断开时刻时，传感器与电源模块断开。

本发明还提供了一种传感器分时开闭的传感器节点，包括传感器模块、处理器模块、通信模块和电源模块，传感器模块包括1个以上类型的传感器，用于采集传感数据并发送给处理器模块，处理器模块对传感数据进行处理后通过通信模块发送，电源模块向传感器模块、处理器模块和通信模块供电，传感器预先被分为K组，每组的总工作电流均小于电源模块额定电流，每个传感器设置有定时器开关，用于控制电源模块和传感器之间供电电路的断开与连通；

传感器节点每次数据上报结束后，处理器模块分别向各个定时器开关发送信号设置闭合时刻和断开时刻，第n个传感器对应的定时器开关的连接时刻为断开时刻为其中T表示传感器节点下一次数据上报时刻，t_n表示第n个传感器的响应时间，n的取值范围为n＝1,2,…,N，N表示传感器的数量，d_k表示第n个传感器所在分组k中所有传感器的最大响应时间，k的取值范围为n＝1,2,…,K；定时器开关的计时达到连接时刻时，开关闭合，达到断开时刻时，开关断开。

进一步地，通信模块与电源模块之间设置有定时器开关，传感器节点每次数据上报结束后，处理器模块向该定时器开关发送信号设置连接时刻为T-p，p表示通信模块的响应时间；定时器开关的计时达到连接时刻时，开关闭合，通信模块完成数据上报后即断开定时器开关。

进一步地，传感器节点每次数据上报结束后，处理器模块设置自身的K个激活时刻，第k个激活时刻为其中q表示处理器模块激活所需要的时间，h表示处理器模块接收传感器数据所需时间，然后进入休眠；前K-1次激活后，处理器模块在接收完传感器数据之后即进入休眠，最后第K次激活后，处理器模块需对各模块设置完毕后再进入休眠。

本发明传感器分时开闭的控制方法和传感器节点，预先将所有传感器分为K组，每组的总工作电流均小于电源模块额定电流，为每个传感器设置一个对应的定时器，传感器节点每次数据上报结束后，处理器模块根据下一次数据上报时刻和各传感器的响应时间来设置传感器和电源模块的连接时刻和断开时刻，定时器计时达到电源连接时刻时，传感器与电源模块连接，达到断开时刻时，传感器与电源模块断开。

本发明具有以下有益效果：