本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及新型能源存儲，特別涉及一種面向WSNs(無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，Wireless Sensor Networks，WSNs)的環(huán)境自適應(yīng)的能量感知方法。

背景技術(shù)：

隨著人口膨脹和經(jīng)濟的高速增長，環(huán)境污染變得日益嚴(yán)重，特別是近年來的水質(zhì)污染。大自然是一個有機的整體，水環(huán)境的惡化不可避免地會影響整體環(huán)境改變。傳統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測主要是通過用便攜式儀器進(jìn)行人工檢測、分析計算水環(huán)境中微生物的活性情況等方法來進(jìn)行檢測，但這些方法或效率低，或成本高，或精度低，并且對周邊生態(tài)環(huán)境有影響。也有人采用開源平臺來搭建監(jiān)測系統(tǒng)，但規(guī)模較小，不適合大面積的、分散的水域監(jiān)測。直到最近幾年引入WSNs技術(shù)，監(jiān)測效率得到大幅度提高。但是，由于水質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性以及河流湖泊地域的限制，傳感器節(jié)點的能源供給成為了WSNs發(fā)展和應(yīng)用的一個瓶頸。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于解決WSNs在湖泊、海洋等水域監(jiān)測應(yīng)用方面供能不足的問題，本發(fā)明在無線傳感網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，引入當(dāng)前熱門的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與云服務(wù)，將數(shù)據(jù)采集、組網(wǎng)傳輸、數(shù)據(jù)上傳集于一體，為適應(yīng)戶外環(huán)境，在網(wǎng)關(guān)節(jié)點加入GPRS模塊，以解決無線上傳問題。本發(fā)明提出的能量感知方法能夠解決WSNs的長期供能問題。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：一種面向WSNs的環(huán)境自適應(yīng)的能量感知方法，其特征在于，在無線傳感網(wǎng)絡(luò)WSNs的基礎(chǔ)上，引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與云服務(wù)，將信息數(shù)據(jù)采集、組網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)上傳與協(xié)同數(shù)據(jù)處理集于一體，基于包括能量收集模塊、能量控制模塊、主控模塊、WSNs傳感器節(jié)點及網(wǎng)關(guān)以及云端計算機構(gòu)成的能量感知系統(tǒng)，網(wǎng)關(guān)通過ZigBee和各個WSNs傳感器節(jié)點相連接，WSNs傳感器節(jié)點與網(wǎng)關(guān)采用多跳的形式連接，每個模塊均包含一個Zigbee進(jìn)行無線傳輸；

能量收集模塊用于采集外界環(huán)境中的太陽能、風(fēng)能以及由水面波動產(chǎn)生的震動能三種不同的能量，包括太陽能面板、風(fēng)力發(fā)電機、震動電機和調(diào)整電機，調(diào)整電機接收主控模塊的控制信號輸出給太陽能面板、風(fēng)力發(fā)電機和震動電機；

主控模塊包括MCU、LCD顯示、存儲和GPRS通信單元，MCU與LCD顯示單元、存儲單元和GPRS通信單元均分別為雙向交互連接，MCU中包括功率信息融合模塊、決策支持子系統(tǒng)和環(huán)境能量協(xié)同控制策略機構(gòu)，功率信息融合模塊的輸入連接云端計算機，功率信息融合模塊的輸出連接決策支持子系統(tǒng)，決策支持子系統(tǒng)的輸出連接環(huán)境能量協(xié)同控制策略機構(gòu)，環(huán)境能量協(xié)同控制策略機構(gòu)的輸出連接能量收集模塊中的調(diào)整電機；

能量控制模塊包括功率檢測單元、DC-DC變換器和可充電電池，太陽能面板、風(fēng)力發(fā)電機和震動電機的輸出均連接功率檢測單元，功率檢測單元的輸出連接MCU中的功率信息融合模塊，功率檢測單元的輸出還依次連接DC-DC變換器和可充電電池，可充電電池的輸出分別連接主控模塊和WSNs傳感器節(jié)點，WSNs傳感器節(jié)點的輸出通過網(wǎng)關(guān)用有線網(wǎng)絡(luò)連接云端計算機，云端計算機與GPRS通信單元雙向交互連接；

云端計算機接收來自氣象局傳送的包括風(fēng)向和太陽方位角的氣象數(shù)據(jù)，并將這些氣象數(shù)據(jù)經(jīng)GPRS通信單元傳送給MCU中的功率信息融合模塊，經(jīng)過決策支持子系統(tǒng)最終由環(huán)境能量協(xié)同控制策略機構(gòu)把這些天氣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為控制信號，并將該控制信號傳送給能量收集單元中的調(diào)整電機，使調(diào)整電機調(diào)整能量收集模塊中的風(fēng)能電機和太陽能電池板來接收目前三種環(huán)境能源中各自最大的能量，并將這些能量輸送到能量控制模塊中的功率檢測單元，功率檢測單元包括電壓電流傳感器和模擬乘法器，電壓電流傳感器的輸出連接模擬乘法器，環(huán)境能量輸送到功率檢測單元中的電壓電流傳感器中，得到能量的電壓電流數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥M相乘器中，將電壓電流的數(shù)據(jù)進(jìn)行相乘，由此計算出三種不同環(huán)境能源的功率數(shù)據(jù)，將這些功率數(shù)據(jù)傳輸?shù)組CU中的功率信息融合模塊進(jìn)行處理，同時，主控模塊中的GPRS通信單元通過GPRS網(wǎng)絡(luò)獲取氣象局測得的太陽能、風(fēng)能、震動能三種能源的功率數(shù)據(jù)，在MCU的功率信息融合中利用融合公式將功率檢測單元得到的功率數(shù)據(jù)與氣象局的各個功率數(shù)據(jù)進(jìn)行融合并輸出到?jīng)Q策支持子系統(tǒng)中，在決策支持子系統(tǒng)中利用決策公式(MAX{P_solar,P_wind,P_vibrate}，得到三者的最大值，將其對應(yīng)的環(huán)境能源編號作為決策信息，輸出到環(huán)境能量協(xié)同控制策略機構(gòu)得到控制信號，再將該控制信號回傳給能量收集模塊中的調(diào)整電機，以選擇當(dāng)前最佳的環(huán)境能源給可充電電池進(jìn)行充電，可充電電池給WSNs傳感器節(jié)點及主控模塊供能，主控模塊中的LCD顯示單元顯示當(dāng)前環(huán)境能源的功率，GPRS通信單元將采集到的當(dāng)?shù)丨h(huán)境信息發(fā)送到云端計算機，存儲單元則是將歷史數(shù)據(jù)保存起來，云端計算機將接收到的主控模塊輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并在網(wǎng)頁上發(fā)布這些采集到的當(dāng)?shù)丨h(huán)境信息，用戶通過網(wǎng)頁實時地查詢當(dāng)?shù)丨h(huán)境的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

上述方法可按以下步驟實現(xiàn)：

步驟1：云端計算機接收來自氣象局傳送的包括風(fēng)向和太陽方位角的氣象數(shù)據(jù)，并將這些氣象數(shù)據(jù)傳送給主控模塊的MCU，MCU中的環(huán)境能量協(xié)同控制策略機構(gòu)把這些天氣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為控制信號，并將該控制信號傳送給能量收集單元中的調(diào)整電機；

步驟2：調(diào)整電機調(diào)整能量收集模塊中的風(fēng)能電機和太陽能電池板來接收目前三種環(huán)境能源中各自最大的能量，并將這些能量輸送到能量控制模塊中的功率檢測單元；

步驟3：功率檢測單元接收到來自能量收集單元的能量后，功率檢測單元中的電壓電流傳感器得到電壓電流數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥M相乘器中，將電壓電流的數(shù)據(jù)進(jìn)行相乘，由此計算出三種不同環(huán)境能源的功率數(shù)據(jù)并傳送給主控模塊的功率信息融合模塊；

步驟4：功率信息融合模塊接收到來自能量控制模塊的功率數(shù)據(jù)后，通過GPRS單元訪問云端計算機獲取氣象局得到的太陽能、風(fēng)能、震動能三種能量的功率數(shù)據(jù)，在功率信息融合模塊中利用融合公式將功率檢測單元得到的功率數(shù)據(jù)與氣象局的各個功率數(shù)據(jù)進(jìn)行融合并輸出到?jīng)Q策支持子系統(tǒng)中，在決策支持子系統(tǒng)中得到?jīng)Q策信息，輸出到環(huán)境能量協(xié)同控制策略機構(gòu)得到控制信號，再將該控制信號回傳給能量收集模塊中的調(diào)整電機，選擇一個功率最大的作為當(dāng)前的自供電環(huán)境能源，并將該環(huán)境能源通知給能量控制模塊，能量控制模塊將對應(yīng)的環(huán)境能源輸送給整個系統(tǒng)，主控模塊中的LCD模塊顯示當(dāng)前選擇的環(huán)境能源及功率，存儲模塊存儲歷史選擇的環(huán)境能源及功率，GPRS模塊將當(dāng)前選擇的環(huán)境能源及功率上傳至云端計算機；

功率信息融合中利用的融合公式為：

P_solar＝P_solar1×ω₁+P_solar2×ω₂；

P_wind＝P_wind1×ω₁+P_wind2×ω₂；

P_vibrate＝P_vibrate1×ω₁+P_vibrate2×ω₂；

功率檢測單元傳出的太陽能功率數(shù)據(jù)為P_solar1，風(fēng)能功率數(shù)據(jù)為P_wind1，震動功率數(shù)據(jù)為P_vibrate1，功率檢測單元傳出的各個功率數(shù)據(jù)的權(quán)重為ω₁＝0.7；氣象局傳出的太陽能功率數(shù)據(jù)為P_solar2，風(fēng)能功率數(shù)據(jù)為P_wind2，震動功率數(shù)據(jù)為P_vibrate2，氣象局傳出的各個功率數(shù)據(jù)的權(quán)重為ω₂＝0.3；其中ω₁+ω₂＝1；P_solar代表最終融合后的太陽能功率數(shù)據(jù)，P_wind代表最終融合后的風(fēng)能功率數(shù)據(jù)，P_vibrate代表最終融合后的震動功率數(shù)據(jù)；

步驟5：能量控制模塊接收到當(dāng)前選擇的環(huán)境數(shù)據(jù)后，將當(dāng)前選擇的環(huán)境能源通過DC-DC轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的能量給可充電電池充電，可充電電池給WSNs傳感器節(jié)點及主控模塊供能。

本發(fā)明的優(yōu)點及顯著效果：本發(fā)明首先通過能量收集模塊調(diào)整最佳角度采集環(huán)境中的太陽能、風(fēng)能、震動能并傳送給能量控制模塊，能量控制模塊計算出不同環(huán)境能源的功率數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺啬K進(jìn)行處理，同時，主控模塊通過網(wǎng)絡(luò)讀取氣象局的風(fēng)向和太陽方位角等天氣數(shù)據(jù)，并把不同環(huán)境能源的功率數(shù)據(jù)和這些天氣數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，得到控制信號，再將控制信號回傳給能量控制模塊，以選擇當(dāng)前最佳的環(huán)境能源給可充電電池進(jìn)行充電并給無線傳感器節(jié)點及主控模塊供能。

本發(fā)明可以對三種環(huán)境能源進(jìn)行采集，采集設(shè)備包括太陽能面板、風(fēng)力發(fā)電機、震動電機，能量存儲采用了可充電電池，利用了可充電電池高能量密度和低漏電等優(yōu)點，組成了一個高效的能量供給系統(tǒng)。本發(fā)明采用了信息融合技術(shù)，隨著環(huán)境的不斷變化，能量收集模塊獲取的環(huán)境信息也在發(fā)生變化，這些信息進(jìn)入環(huán)境協(xié)同控制策略機構(gòu)后，形成了一種具有環(huán)境自適應(yīng)能力的能源分配方案，可以通過這種自適應(yīng)能力實現(xiàn)能量感知的最優(yōu)化。本發(fā)明中采用的能量采集及轉(zhuǎn)換系統(tǒng)具有良好的自適應(yīng)性，在各種天氣狀況下都能有效地為可充電電池充電。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)框圖；

圖2是本發(fā)明功率檢測單元的原理圖；

圖3是本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖；

圖4是基于可重新配置策略的環(huán)境能源協(xié)同模型結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明方法基于包括能量收集模塊、能量控制模塊、主控模塊、WSNs傳感器節(jié)點及網(wǎng)關(guān)以及云端計算機構(gòu)成的能量感知系統(tǒng)，網(wǎng)關(guān)通過ZigBee和各個WSNs傳感器節(jié)點相連接，WSNs傳感器節(jié)點與網(wǎng)關(guān)采用多跳的形式連接。

能量收集模塊包括太陽能面板、風(fēng)力發(fā)電機、震動電機以及調(diào)整電機，調(diào)整電機接收主控模塊的控制信號輸出給太陽能面板、風(fēng)力發(fā)電機、震動電機；能量控制模塊包括功率檢測單元、DC-DC變換器和可充電電池，功率檢測單元輸出依次連接DC-DC變換器和可充電電池；主控模塊包括MCU、LCD顯示單元、存儲單元和GPRS通信單元，MCU與LCD顯示單元、存儲單元和GPRS通信單元均分別為雙向交互連接；太陽能面板、風(fēng)力發(fā)電機和震動電機的輸出連接功率檢測單元，功率檢測單元的輸出連接至MCU，可充電電池輸出分別連接主控模塊和WSNs傳感器節(jié)點，WSNs傳感器節(jié)點的輸出通過網(wǎng)關(guān)用有線網(wǎng)絡(luò)連接云端計算機，云端計算機與GPRS通信單元雙向交互連接；功率檢測單元包括電壓電流傳感器和模擬乘法器，電壓電流傳感器的輸出連接模擬乘法器；MCU中包括功率信息融合、決策支持子系統(tǒng)和環(huán)境能量協(xié)同控制策略機構(gòu)，其中功率信息融合的輸出連接決策支持子系統(tǒng)，決策支持子系統(tǒng)的輸出連接環(huán)境能量協(xié)同控制策略機構(gòu)，環(huán)境能量協(xié)同控制策略機構(gòu)的輸出連接能量收集模塊中的調(diào)整電機；每個模塊均包含一個Zigbee進(jìn)行無線傳輸。

所述能量收集模塊用于從外界環(huán)境中收集三種環(huán)境能源。能量控制模塊用于：1)檢測三種環(huán)境能源功率并將功率數(shù)據(jù)上傳至MCU；2)將能量收集模塊的能量通過DC-DC變換器轉(zhuǎn)換為電壓值為5V的能量，并將此能量輸送給可充電電池；3)為傳感器節(jié)點和主控模塊提供電力支持。主控模塊用于：1)通過能量控制模塊上傳的數(shù)據(jù)選擇當(dāng)前最適合使用的環(huán)境能源；2)將當(dāng)前環(huán)境能源實時功率顯示在LCD屏幕上；3)將環(huán)境能源的歷史功率存儲在存儲模塊；4)將處理過的環(huán)境能源數(shù)據(jù)通過GPRS通信模塊上傳至云端計算機。傳感器節(jié)點用于對當(dāng)前環(huán)境進(jìn)行檢測，網(wǎng)關(guān)用于將無線傳感節(jié)點的數(shù)據(jù)上傳至云端計算機，用戶可以通過訪問網(wǎng)頁查詢當(dāng)前環(huán)境參數(shù)。

本發(fā)明的環(huán)境能源采集是由太陽能面板、風(fēng)力電機、震動電機完成，MCU將不同的環(huán)境能源進(jìn)行編號，編號以數(shù)字進(jìn)行編碼，分別為1#，2#，3#，首先將三種不同的能量傳送給能量控制模塊中的功率檢測單元，能量輸送到功率檢測單元中的電壓電流傳感器中，得到能量的電壓電流數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥M相乘器中，將電壓電流的數(shù)據(jù)進(jìn)行相乘，由此計算出三種不同環(huán)境能源的功率數(shù)據(jù)，將這些功率數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺啬K中的MCU進(jìn)行處理，不同的環(huán)境能源的功率數(shù)據(jù)輸入到MCU中的功率信息融合后進(jìn)行信息融合，之后將融合后的功率信息輸入到?jīng)Q策支持子系統(tǒng)，通過MCU的決策支持子系統(tǒng)做出決策，并將決策信息輸入到環(huán)境能量協(xié)同控制策略機構(gòu)，環(huán)境能量協(xié)同控制策略機構(gòu)產(chǎn)生控制信號來控制調(diào)整電機來選擇當(dāng)前最佳的環(huán)境能源。MCU充分利用氣象局和功率檢測單元2個信息資源，通過對2種信源及其觀測信息的合理支配與使用，從而調(diào)整環(huán)境能源的重新配置，以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的環(huán)境能源最大利用率。

本發(fā)明中氣象局向云端計算機傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有兩種，第一種是風(fēng)向和太陽方位角的氣象數(shù)據(jù)，第二種是氣象局測得的太陽能、風(fēng)能、震動能三種能源的功率數(shù)據(jù)。

如圖2所示，本發(fā)明采用的功率檢測單元原理是首先將能量收集模塊收集到的能量輸送到功率檢測單元中的電壓電流傳感器中并得到能量的電壓電流數(shù)據(jù)，并將這個數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥M相乘器中從而得到功率數(shù)據(jù)。電壓電流傳感器可采用霍爾電壓電流傳感器，模擬乘法器可采用MC1486。

如圖3所示，本發(fā)明是基于無線傳感技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用自組織網(wǎng)，傳感器節(jié)點和網(wǎng)關(guān)是以多跳的形式連通的。其中圖3中終端監(jiān)測節(jié)點和簇頭節(jié)點對應(yīng)圖1中的無線傳感節(jié)點，無線傳感節(jié)點的能量供給就是由圖1中的能量控制模塊完成；圖3中的數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點的功能是由圖1中的網(wǎng)關(guān)完成的；圖3中的云端網(wǎng)絡(luò)和用戶對應(yīng)圖1中的云端；無線傳感節(jié)點監(jiān)測環(huán)境參數(shù)，通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)匯聚到網(wǎng)關(guān)節(jié)點，網(wǎng)關(guān)節(jié)點收到數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)上傳至云端網(wǎng)絡(luò)，最終用戶可以通過PC或移動終端實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測；

如圖4所示本發(fā)明可以通過氣象局傳來的風(fēng)向和太陽方位角的氣象數(shù)據(jù)可以預(yù)先調(diào)整能量收集模塊中的風(fēng)能電機和太陽能電池板以獲得最大的功率。首先氣象局傳來的風(fēng)向和太陽方向的氣象數(shù)據(jù)最終送到MCU的環(huán)境能量協(xié)同控制策略機構(gòu)，環(huán)境能量協(xié)同控制策略機構(gòu)把風(fēng)向和太陽方向轉(zhuǎn)換為7位編碼，前4位編碼代表風(fēng)向，后3位代表太陽方位角，將此編碼作為控制信號傳送給調(diào)整電機；把東風(fēng)轉(zhuǎn)化為1000，東南風(fēng)轉(zhuǎn)化為1100，南風(fēng)轉(zhuǎn)化為0100，西南風(fēng)轉(zhuǎn)化為0110，西風(fēng)轉(zhuǎn)化為0010，西北風(fēng)轉(zhuǎn)化為0011，北風(fēng)轉(zhuǎn)化為0001，東北風(fēng)轉(zhuǎn)化為1001，以此來調(diào)整風(fēng)能電機朝向各個風(fēng)向達(dá)到最大功率；當(dāng)氣象局傳來的太陽方位角為0～120°時，編碼為100，代表將控制調(diào)整電機調(diào)整太陽能電池板朝向太陽方位角90°，當(dāng)氣象局傳來的太陽方位角為120～240°時，編碼為010，代表將控制調(diào)整電機調(diào)整太陽能電池板朝向太陽方位角180°，當(dāng)氣象局傳來的太陽方位角為240～360°時，編碼為001，代表將控制調(diào)整電機調(diào)整太陽能電池板朝向太陽方位角270°，以此來調(diào)整太陽能電池板達(dá)到最大功率。

如圖4所示，本發(fā)明的環(huán)境能源選擇是基于可重新配置策略的環(huán)境能源協(xié)同模型結(jié)構(gòu)，其中功率信息融合，環(huán)境能量協(xié)同策略機構(gòu)，決策支持子系統(tǒng)都是在主控模塊中的MCU完成的；功率信息融合的輸出連接決策支持子系統(tǒng)和環(huán)境能量協(xié)同控制策略機構(gòu)，決策支持子系統(tǒng)的輸出連接環(huán)境能量協(xié)同控制策略機構(gòu)，環(huán)境能量協(xié)同控制策略機構(gòu)的輸出連接能量收集模塊中的調(diào)整電機和功率信息融合；隨著環(huán)境的不斷變化，能量收集模塊獲取的環(huán)境信息也在發(fā)生變化。當(dāng)環(huán)境變化時，能量收集模塊中的三種電機將變化后的功率信息輸送到主控模塊中的MCU，這些功率信息進(jìn)入MCU中的功率信息融合部分，將融合后的數(shù)據(jù)輸出給環(huán)境能量協(xié)同策略機構(gòu)和決策支持子系統(tǒng)，在決策支持子系統(tǒng)中形成了一種新的環(huán)境能源分配方案，并將決策信息輸出給環(huán)境能量協(xié)同策略機構(gòu)，環(huán)境能量協(xié)同策略機構(gòu)將決策信息轉(zhuǎn)化為控制信號輸出給能量收集模塊，從而調(diào)整環(huán)境能源的重新配置，以實現(xiàn)整個系統(tǒng)具有實時調(diào)整的、不斷優(yōu)化的功能。

功率信息融合的融合過程如下：功率檢測單元傳出的太陽能功率數(shù)據(jù)為P_solar1，風(fēng)能功率數(shù)據(jù)為P_wind1，震動功率數(shù)據(jù)為P_vibrate1，功率檢測單元傳出的各個功率數(shù)據(jù)的權(quán)重為ω₁＝0.7；氣象局傳出的太陽能功率數(shù)據(jù)為P_solar2，風(fēng)能功率數(shù)據(jù)為P_wind2，震動功率數(shù)據(jù)為P_vibrate2，氣象局傳出的各個功率數(shù)據(jù)的權(quán)重為ω₂＝0.3；其中ω₁+ω₂＝1；在功率信息融合接收完來自功率檢測單元和氣象局傳出的功率數(shù)據(jù)后開始進(jìn)行數(shù)據(jù)融合得到最終融合后的太陽能功率數(shù)據(jù)P_solar，風(fēng)能功率數(shù)據(jù)P_wind，震動功率數(shù)據(jù)P_vibrate，融合公式如下：

P_solar＝P_solar1×ω₁+P_solar2×ω₂；

P_wind＝P_wind1×ω₁+P_wind2×ω₂；

P_vibrate＝P_vibrate1×ω₁+P_vibrate2×ω₂；

將最終融合后的太陽能功率數(shù)據(jù)P_solar，風(fēng)能功率數(shù)據(jù)P_wind，震動功率數(shù)據(jù)P_vibrate傳送給決策支持子系統(tǒng)。

決策支持子系統(tǒng)的工作過程如下：在接收到來自功率信息融合傳來的最終融合后的太陽能功率數(shù)據(jù)P_solar，風(fēng)能功率數(shù)據(jù)P_wind，震動功率數(shù)據(jù)P_vibrate后，決策支持子系統(tǒng)將三個數(shù)據(jù)輸入到?jīng)Q策公式MAX{P_solar,P_wind,P_vibrate}，得到三者的最大值，將其對應(yīng)的環(huán)境能源編號作為決策信息，并將此決策信息傳送給環(huán)境能量協(xié)同控制策略機構(gòu)。

環(huán)境能量協(xié)同控制策略機構(gòu)的工作過程如下：在收到?jīng)Q策信息后，環(huán)境能量協(xié)同控制策略機構(gòu)將決策信息處理為三位0/1編碼，如果決策信息為1#，轉(zhuǎn)換后的編碼為100，如果決策信息為2#，轉(zhuǎn)換后的編碼為010，如果決策信息為3#，轉(zhuǎn)換后的編碼為001。將此編碼作為控制信號發(fā)送給能量收集模塊中的調(diào)整電機，調(diào)整電機收到此編碼后，將其余兩種環(huán)境能源進(jìn)行關(guān)閉，以達(dá)到選擇當(dāng)前最佳的環(huán)境能源的目的。

本發(fā)明是基于協(xié)同信息處理、無線傳感技術(shù)發(fā)明的自適應(yīng)能量感知環(huán)境監(jiān)測方法，主要由信息采集、數(shù)據(jù)傳輸、協(xié)同數(shù)據(jù)處理三部分組成。在環(huán)境能量收集的過程中，由能量收集模塊完成環(huán)境信息的采集。數(shù)據(jù)傳輸主要是由各個模塊里ZigBee或者GPRS模塊完成的。協(xié)同數(shù)據(jù)處理是由主控模塊和云端計算機完成，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)和預(yù)測數(shù)據(jù)的互補。

本發(fā)明對環(huán)境的自適應(yīng)能力，可以通過這種自適應(yīng)能力實現(xiàn)能量感知的最優(yōu)化，實施例步驟如下：

步驟1：根據(jù)圖1的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)連接各模塊。

步驟2：將不同的環(huán)境能源進(jìn)行編號，編號以數(shù)字進(jìn)行編碼，分別為1#，2#，3#。

步驟3：當(dāng)云端計算機接收到從氣象局那里獲得的風(fēng)向和太陽方位角的氣象數(shù)據(jù)，并傳送給MCU中的環(huán)境能量協(xié)同控制策略機構(gòu)，從而獲得控制信號，控制能量收集模塊中調(diào)整電機預(yù)先調(diào)整風(fēng)能電機和太陽能電池板以獲得最大的功率。

步驟4：如圖4所示，主控模塊接收到來自能量控制模塊的功率數(shù)據(jù)后，將得到的數(shù)據(jù)和從云端計算機接收到的氣象局的功率數(shù)據(jù)進(jìn)行信息協(xié)同處理，并將控制信號傳送給能量收集模塊中的調(diào)整電機，選擇一個功率最大的作為當(dāng)前的自供電能源。能量控制模塊負(fù)責(zé)將對應(yīng)的環(huán)境能源輸送給整個系統(tǒng)。

步驟5：可設(shè)置一個網(wǎng)關(guān)在湖邊，而網(wǎng)關(guān)則通過ZigBee和各個傳感器節(jié)點相連，當(dāng)節(jié)點要與其覆蓋范圍之外的節(jié)點進(jìn)行通信時，需經(jīng)過中間節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)。

步驟6：主控模塊選用低功耗單片機Arduino。微控制器通過ZigBee向網(wǎng)關(guān)發(fā)送環(huán)境消息，再由網(wǎng)關(guān)通過有線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至云端計算機。