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一種面向WSNs的環境自適應的能量感知方法與流程

文檔序號:11915790閱讀:來源:國知局

技術特征:

1.一種面向WSNs的環境自適應的能量感知方法,其特征在于,在無線傳感網絡WSNs的基礎上,引入物聯網技術與云服務,將信息數據采集、組網數據傳輸、數據上傳與協同數據處理集于一體,基于包括能量收集模塊、能量控制模塊、主控模塊、WSNs傳感器節點及網關以及云端計算機構成的能量感知系統,網關通過ZigBee和各個WSNs傳感器節點相連接,WSNs傳感器節點與網關采用多跳的形式連接,每個模塊均包含一個Zigbee進行無線傳輸;

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

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、決策支持子系統和環境能量協同控制策略機構,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,決策支持子系統的輸出連接環境能量協同控制策略機構,環境能量協同控制策略機構的輸出連接能量收集模塊中的調整電機;

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、風力發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傳感器節點,WSNs傳感器節點的輸出通過網關用有線網絡連接云端計算機,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向和太陽方位角的氣象數據,并將這些氣象數據經GPRS通信單元傳送給MCU中的功率信息融合模塊,經過決策支持子系統最終由環境能量協同控制策略機構把這些天氣數據轉化為控制信號,并將該控制信號傳送給能量收集單元中的調整電機,使調整電機調整能量收集模塊中的風能電機和太陽能電池板來接收目前三種環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據,并將這些數據傳輸到模擬相乘器中,將電壓電流的數據進行相乘,由此計算出三種不同環境能源的功率數據,將這些功率數據傳輸到MCU中的功率信息融合模塊進行處理,同時,主控模塊中的GPRS通信單元通過GPRS網絡獲取氣象局測得的太陽能、風能、震動能三種能源的功率數據,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據與氣象局的各個功率數據進行融合并輸出到決策支持子系統中,在決策支持子系統中利用決策公式(MAX{Psolar,Pwind,Pvibrate},得到三者的最大值,將其對應的環境能源編號作為決策信息,輸出到環境能量協同控制策略機構得到控制信號,再將該控制信號回傳給能量收集模塊中的調整電機,以選擇當前最佳的環境能源給可充電電池進行充電,可充電電池給WSNs傳感器節點及主控模塊供能,主控模塊中的LCD顯示單元顯示當前環境能源的功率,GPRS通信單元將采集到的當地環境信息發送到云端計算機,存儲單元則是將歷史數據保存起來,云端計算機將接收到的主控模塊輸出數據進行處理,并在網頁上發布這些采集到的當地環境信息,用戶通過網頁實時地查詢當地環境的監測數據。

2.根據權利要求1所述的面向WSNs的環境自適應的能量感知方法,其特征在于,包括以下步驟:

步驟1:云端計算機接收來自氣象局傳送的包括風向和太陽方位角的氣象數據,并將這些氣象數據傳送給主控模塊的MCU,MCU中的環境能量協同控制策略機構把這些天氣數據轉化為控制信號,并將該控制信號傳送給能量收集單元中的調整電機;

步驟2:調整電機調整能量收集模塊中的風能電機和太陽能電池板來接收目前三種環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據,并將這些數據傳輸到模擬相乘器中,將電壓電流的數據進行相乘,由此計算出三種不同環境能源的功率數據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據后,通過GPRS單元訪問云端計算機獲取氣象局得到的太陽能、風能、震動能三種能量的功率數據,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據與氣象局的各個功率數據進行融合并輸出到決策支持子系統中,在決策支持子系統中得到決策信息,輸出到環境能量協同控制策略機構得到控制信號,再將該控制信號回傳給能量收集模塊中的調整電機,選擇一個功率最大的作為當前的自供電環境能源,并將該環境能源通知給能量控制模塊,能量控制模塊將對應的環境能源輸送給整個系統,主控模塊中的LCD模塊顯示當前選擇的環境能源及功率,存儲模塊存儲歷史選擇的環境能源及功率,GPRS模塊將當前選擇的環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:

Psolar=Psolar1×ω1+Psolar2×ω2

Pwind=Pwind1×ω1+Pwind2×ω2;

Pvibrate=Pvibrate1×ω1+Pvibrate2×ω2;

功率檢測單元傳出的太陽能功率數據為Psolar1,風能功率數據為Pwind1,震動功率數據為Pvibrate1,功率檢測單元傳出的各個功率數據的權重為ω1=0.7;氣象局傳出的太陽能功率數據為Psolar2,風能功率數據為Pwind2,震動功率數據為Pvibrate2,氣象局傳出的各個功率數據的權重為ω2=0.3;其中ω12=1;Psolar代表最終融合后的太陽能功率數據,Pwind代表最終融合后的風能功率數據,Pvibrate代表最終融合后的震動功率數據;

步驟5:能量控制模塊接收到當前選擇的環境數據后,將當前選擇的環境能源通過DC-DC轉換,將轉換后的能量給可充電電池充電,可充電電池給WSNs傳感器節點及主控模塊供能。

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