[发明专利]基于树莓派的太阳能收集视频传感器网络及其供电方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机网络领域，涉及一种适用于环境监测视频应用，通过收集传感器节点周围的环境能量——太阳能来进行传感器节点供电的视频传感器网络。

背景技术

目前，无线传感器网络的研究主要集中在对简单数据信息(如温度、湿度、光强等)的采集、传输与处理。随着监测环境的日趋复杂多变，由传统传感器网络所获取的简单数据逐渐不能满足人们对环境监测的全面需求。与传统传感器网络相比，视频传感器网络能够感知信息量丰富的视频、图像等多媒体信息，可广泛应用于战场可视化监控、环境监测、交通监控、智能家居、医疗健康等诸多领域。

从2003年起，国内外研究机构和相关组织陆续开始对视频传感器在内的多媒体传感器展开研究。如美国加利福尼亚大学、波特兰州立大学、卡耐基·梅隆大学等著名学府均开始成立视频传感器网络研究小组并启动与之相关的科研计划。与此同时，我国学者也对视频传感器网络方面的研究给予了高度重视，北京邮电大学智能通信软件与多媒体北京市重点实验室、哈尔滨工业大学、中国科学院计算技术研究所也对该领域开始进行探索。

在传感器网络方面，针对视频传感器的大数据量、复杂多媒体信息的获取、处理和传输等新特性，对于网络节点中的硬件平台，体系架构，部署方法，覆盖策略以及信息处理等方面都有新的要求。同时与传统的传感器网络相比，由于WMSNs处理的数据量更大的多媒体信息，因此能耗问题在多媒体传感网中尤为突出。现有的研究各种能量有效的通信路由协议、设计周期性工作/休眠的低占空比工作调度方式等，这些措施仅仅是从能耗的角度来达到节能的效果，因此并不能从根本上解决电池能量的受限问题。环境能量采集技术可以利用各种新型换能材料、结构或系统，将环境中的太阳能、风能、热能、振动能等洁净能源转化为电能存储并加以利用。这些采集到的能量可以为无线传感器和微机电系统等设备提供有效的能量供应。这将是解决传感网能源供应问题的有效技术。因此有效地从外部环境获取能量，对于视频传感器网络具有重要意义，如何有效利用环境能量为视频传感器网络供电是视频传感器网络推广应用的关键问题。针对视频传感网能耗较大的特点，本发明考虑采用太阳能进行节点的能量补给和供应。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是利用太阳能为视频传感器网络供电，提出一种基于树莓派太阳能收集的视频传感器网络及其供电方法。针对视频传感器网络节点传输时能耗较高的特点，太阳能转化的电能进一步通过能源管理模块为节点供电，从而实现视频传感器网络节点，节能环保，大大延长传感器网络节点寿命，提高网络节点的稳定性和可靠性，减少因更换或者维护传感器网络节点而造成的节点数据丢失问题和人力资源损耗问题，同时解决视频数据传输时能量供给问题。

为实现上述目的，本发明提出的技术方案为基于树莓派太阳能收集的视频传感器网络，传感器网络的每个节点包含太阳能电池板、可充电锂电池、无线通讯模块、视频传感器、能量管理模块和微处理器单元，太阳能电池板和可充电锂电池与能源管理模块相连，能源管理模块另一端与中央处理单元相连，视频传感器和无线通讯模块同时与中央处理单元相连。

进一步，上述能源管理模块由供电控制单元，电量监测单元和能量收集单元组成，供电控制单元用于管理传感器网络节点的供电方式，实时监测太阳能的收集效率，若转换效率高，则太阳能电池板上的太阳能电池为传感器网络节点供电并将多余电能存入可充电锂电池中，若转换效率低但尚足够节点工作使用，则太阳能电池只为节点供电，若太阳能电池提供的电量不足以供节点工作使用，则节点由可充电锂电池直接供电，太阳能电池收集电量供给可充电锂电池。根据节点剩余电量和预测短期内能采集到的能量，可以进行传感器节点工作模式的调节，延长网络生命周期。

上述电量检测单元可以读取锂电池电压及剩余电量，并通过无线通讯模块发送实时监控所有传感器工作时的电压电量给基站或者汇聚节点，从而检查节点是否能够正常工作。

上述能源收集单元可以将太阳能电池板接收到的光能装换为电能供传感器节点使用。

上述无线通讯模块采用Wi-Fi技术。

上述传感器网络由连接在同一Wi-Fi信号内的多个视频传感器节点组成。

基于所述的基于树莓派的太阳能收集视频传感器网络的供电方法，包括以下步骤：

步骤1)太阳能电池板在有光照环境下收集光能，由能量管理模块中的能量收集单元将光能转换为电能，并将电能传至供电控制单元；