[发明专利]一种无线粮情测控传感器节点定位系统

权利要求书

1.一种无线粮情测控传感器节点定位系统的运行方法，其特征在于所述无线粮情测控传感器节点定位系统包括粮情测控主机、粮情测控分机、辅助定位路由和传感器节点，其中粮情测控主机设置于控制室内，粮情测控分机和辅助定位路由分别设置于每个粮仓内部不同的位置，传感器节点呈矩形阵列分布的方式插接于每个粮仓内部的粮食之中，粮情测控主机与粮情测控分机之间双向无线通信，粮情测控分机分别与辅助定位路由和传感器节点双向无线通信；

所述的粮情测控分机包括单片机、太阳能充电模块、电源模块、剩余电量检测模块、Zigbee无线通信模块、大功率无线收发模块和湿度传感器，其中单片机分别通过线路与太阳能充电模块、电源模块、剩余电量检测模块、Zigbee无线通信模块、大功率无线收发模块和湿度传感器连接，该太阳能充电模块用于为粮情测控分机的电源模块进行充电，电源模块用于储存太阳能充电模块产生的电能并为整个粮情测控分机提供电能，剩余电量检测模块用于检测粮情测控分机中电源模块的剩余电量并在电源模块剩余电量低于设定阈值时向单片机发送报警信号，Zigbee无线通信模块用于与粮仓内部的传感器节点和辅助定位路由双向无线通信，同时测量出与特定ID对应传感器节点的RSSI值，大功率无线收发模块用

于与粮情测控主机双向无线通信，接收来自粮情测控主机的控制命令并向粮情测控主机上传温湿度数据和传感器节点定位信息，湿度传感器用于测量粮仓内部和外部的相对湿度值；

所述的辅助定位路由包括单片机、太阳能充电模块、电源模块、剩余电量检测模块和Zigbee无线通信模块，其中单片机分别通过线路与太阳能充电模块、电源模块、剩余电量检测模块和Zigbee无线通信模块连接，该太阳能充电模块用于为辅助定位路由的电源模块进行充电，电源模块用于储存太阳能充电模块产生的电能并为整个辅助定位路由提供电能，剩余电量检测模块用于检测辅助定位路由中电源模块的剩余电量并在电源模块剩余电量低于设定阈值时向单片机发送报警信号，Zigbee无线通信模块用于辅助粮情测控分机与传感器节点进行双向无线通信，同时测量出与特定ID对应传感器节点的RSSI值；

所述的传感器节点包括单片机、Zigbee无线通信模块、电源模块、剩余电量检测模块、DS18B20传感器和指示灯模块，其中单片机分别通过线路与Zigbee无线通信模块、电源模块、剩余电量检测模块、DS18B20传感器和指示灯模块连接，该电源模块用于为整个传感器节点提供电能，剩余电量检测模块用于检测传感器节点中电源模块的剩余电量，Zigbee无线通信模块用于组成无线传感器网络进行双向数据传输，根据粮情测控分机、辅助定位路由和已知位置的传感器节点确定出两个传感器节点作为信标节点1和信标节点2，该信标节点分别与自己周围邻居的传感器节点进行双向无线通信找到RSSI值最大的1-2个未知传感器节点ID作为信标节点的最近邻居节点，如果信标节点只有一个未知最近邻居节点时可直接确定其位置，当信标节点有两个最近邻居节点时，通过信标节点2与信标节点1的两个最近邻居节点进行通信分别测量出与它们之间的RSSI值，根据两个RSSI值间的相对大小确定它们的位置，同理信标节点1分别与信标节点2的两个最近邻居节点进行通信分别测量出它们间的RSSI值，并根据它们的RSSI值的相对大小确定出信标节点2的两个未知最近邻居节点ID的对应具体位置，DS18B20传感器用于测定特定位置不同高度的粮食温度信息

在矩形粮仓的两个角上分别安装粮情测控分机和辅助定位路由，粮仓内部按照矩形阵列分布的方式布置1-25号传感器节点，各个传感器节点的具体定位过程为：

（1）传感器节点布置完成后会自动根据组网协议进行组网，并且推选出簇首节点，当需要传感器节点定位时通过粮情测控分机向整个粮仓内的传感器节点广播搜索最近邻居节点命令，传感器节点收到搜索最近邻居节点命令后将Zigbee无线通信模块的发射功率调整至最低，减小通信的半径，然后在簇首节点的配合指挥下依次向周围发送50个特定数据，其中数据包内包含发送端传感器节点的ID，周围收到信号的传感器节点、粮情测控分机和辅助定位路由记录下50次的RSSI值然后求平均值存入邻居节点列表中，最终在众多的邻居节点列表中找到RSSI值最强且数值相近的几个节点当作自己的最近邻居节点，一个传感器节

点的最近邻居节点的个数为1-4个；

（2）通过步骤（1）每个传感器节点都得到了自己的最近邻居节点的ID，则粮情测控分机得到的一个最近邻居节点即为1号位置的传感器节点，同理辅助定位路由确定5号位置的传感器节点，将1号和5号位置与其对应传感器节点ID写入数据库中；

（3）选择1号和5号位置处的传感器节点为信标节点，它们分别有2个最近邻居节点，1号的最近邻居节点为2号和6号，分别用1号和6号节点测它们与5号信标节点之间的RSSI值，测量过程也是求50次的平均值，RSSI值较大的为2号位置的传感器节点，RSSI值较小的为6号位置的传感器节点，同理分别确定4号和10号位置的传感器节点，然后也分别将确定位置的传感器节点ID和它们对应的位置序号存入系统数据库；

（4）重复上述步骤（3）选择2号和4号位置处传感器节点为信标节点，确定3号和9号位置处的传感器节点，3号位置的传感器节点是2号和4号位置的最近邻居节点，3号剩下的一个最近邻居节点即为8号位置的传感器节点，并分别将确定位置的传感器节点ID和它们对应的位置序号存入系统数据库；

（5）通过上述步骤可将距离粮情测控分机和辅助定位路由最近的两行的传感器节点位置确定，然后选择6号和10号位置传感器节点为信标节点重复步骤（3）确定11号和15号位置处的传感器节点，并分别将确定位置的传感器节点ID和它们对应的位置序号存入系统数据库；

（6）重复上述步骤（3）、（4）、（5）直至将所有的传感器节点位置信息都确定，则整个传感器网络的定位过程结束；

当某个传感器节点电池电量低于阈值会通过粮情测控分机向控制室内粮情测控主机发送请求充电命令，或者某个传感器节点损坏时控制室的计算机监控画面会向工作人员报告需要更换的传感器节点的位置信息，当工作人员需要更换传感器节点时，选中被更换的传感器节点输入更换命令，则被更换的节点周围区域的传感器节点上的指示灯都会闪烁起来，被更换的传感器如果能正常接收命令的话也会将自己的指示灯点亮，方便工作寻找更换，当备用节点布置在被更换节点位置后，周围最近邻居节点通过与之的交互通信测量RSSI值，当周围的最近邻居节点测得RSSI值相近时，被认为传感器节点更换成功，自动更新数据库能被更换位置处传感器节点的ID信息，并自动熄灭周围闪烁的传感器节点的指示灯。