本發(fā)明涉及一種功率控制裝置及方法，尤其是一種提高山地果園無線傳輸性能的功率控制裝置及方法，屬于山地果園無線信號傳輸領域。

背景技術：

山地環(huán)境的復雜多變環(huán)境因素會嚴重影響無線信號傳播的穩(wěn)定性和可靠性，主要表現(xiàn)為無線信號在信道中傳輸會遇到各種各樣的干擾和損耗，尤其易受果園的地形地貌、植被密度，降雨等眾多因素的共同影響，從而影響果園無線監(jiān)測系統(tǒng)，果園無人植保機械，果園無人飛行器的無線信息傳輸成功率。

目前，在果園無線信號的有效傳輸方面，目前主要采用的方法主要是從提高無線設備傳輸功率或者減少無線設備之間的傳輸距離的角度去解決問題，但是這會導致果園無線設備的工作壽命降低或者需要使用更多的無線設備進行覆蓋，缺乏一種既可以延長無線設備的工作時長又可以提高無線設備覆蓋范圍的用于提高山地果園無線傳輸性能的功率控制方法，從而滿足復雜多變環(huán)境下果園無線信號傳輸?shù)男枰?/p>

因此，設計出一種提高山地果園無線傳輸性能的功率控制方法具有較高的理論和實際意義。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術的缺陷，提供了一種提高山地果園無線傳輸性能的功率控制裝置，該裝置將一個主無線設備和若干個從無線設備部署在山地果園內，可以通過主無線設備采集環(huán)境雨水信息以及監(jiān)測從無線設備的無線接收信號強度，控制從無線設備的發(fā)射功率。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種提高山地果園無線傳輸性能的功率控制方法，該方法根據(jù)無線信號在山地果園里面?zhèn)鬏敃r信號強度與地形，降雨量之間的關系，調整和控制無線設備之間的發(fā)射功率。

本發(fā)明的目的可以通過采取如下技術方案達到：

提高山地果園無線傳輸性能的功率控制裝置，包括一個主無線設備和若干個從無線設備，所述主無線設備和若干個從無線設備部署在山地果園內；所述主無線設備分別與若干個從無線設備連接，用于采集環(huán)境雨水信息以及監(jiān)測從無線設備的無線接收信號強度，控制從無線設備的發(fā)射功率；所述若干個從無線設備之間相連接。

優(yōu)選的，所述主無線設備包括雨量傳感器、供電單元、微處理器單元、無線通信模塊和天線，所述供電單元分別與雨量傳感器、微處理器單元、無線通信模塊連接，為雨量傳感器、微處理器單元和無線通信模塊供電；所述雨量傳感器、微處理器單元、無線通信模塊和天線依次連接；

每個從無線設備包括供電單元、微處理器單元、無線通信模塊和天線，所述供電單元分別與微處理器單元、無線通信模塊連接，為微處理器單元和無線通信模塊供電；所述微處理器單元、無線通信模塊和天線依次連接；

所述主無線設備的天線分別與若干個從無線設備的天線連接，所述若干個從無線設備的天線之間相連接。

優(yōu)選的，所述主無線設備和若干個從無線設備的供電單元采用可充電電池，可充電電池的工作電壓在3.2v-3.7v之間，最大可提供10a的瞬時工作電流，并采用lm1117-3.3低壓差線性穩(wěn)壓芯片進行穩(wěn)壓。

優(yōu)選的，所述主無線設備和若干個從無線設備的微處理器單元采用stm32系列單片機，該單片機具備高速的信號處理能力。

優(yōu)選的，所述主無線設備和若干個從無線設備的無線通信模塊采用cc1101、nrf905、cc2530、nrf24l01或si1000無線模塊，該無線通信模塊具備測量接收信號強度的能力。

本發(fā)明的另一目的可以通過采取如下技術方案達到：

提高山地果園無線傳輸性能的功率控制方法，所述方法包括以下步驟：

s1、任取兩個無線設備，使兩者的天線距離為1m，以發(fā)射功率0dbm發(fā)射信號，連續(xù)多次測量兩者在1m距離時的接收信號強度值，然后取接收信號強度值的平均值l0；

s2、將一個帶雨量傳感器的主無線設備和若干個不帶雨量傳感器的從無線設備部署在山地果園內，并記錄下任意兩個無線設備相互之間的距離dij，單位為m，其中下標ij表示第i個無線設備和第j個無線設備之間的距離；

s3、選取某個從無線設備i，以功率x等于0dbm發(fā)射信號給主無線設備；

s4、主無線設備測量從無線設備的無線接收信號強度，連續(xù)測量n次后，計算測量過程中無線接收信號強度的平均值

s5、主無線設備實時測量當前的降雨情況，記為r，單位為mm/h；

s6、調整從無線設備的發(fā)射功率xdbm，發(fā)射功率x的可選值為-10dbm、-8dbm、-6dbm、-4dbm、-2dbm、0dbm、2dbm、4dbm、6dbm、8dbm，10dbm，調整后返回步驟s4繼續(xù)測量，記錄每個發(fā)射功率的測量數(shù)據(jù)，進入步驟s7；

s7、根據(jù)已知功率x和距離dij，以及測量得到的數(shù)值l0和建立如下路徑衰減模型，主無線設備根據(jù)路徑衰減模型，求解得到模型參數(shù)n、k和α：

s8、主無線設備基于建立的路徑衰減模型，并根據(jù)當前的降雨情況r，計算出路徑損耗情況l；

s9、當計算得到的路徑損耗情況l高于或者低于80dbm時，主無線設備將發(fā)送功率控制指令給從無線設備，設置從無線設備的發(fā)射功率為ydbm，具體計算公式如下：

優(yōu)選的，步驟s4中，所述測量過程中無線接收信號強度的平均值根據(jù)下式計算：

其中，為第k次測量得到的主無線設備接收到的從無線設備i的無線接收信號強度，1≤k≤n。

優(yōu)選的，步驟s7中，所述模型參數(shù)n、k和α的求解采用牛頓數(shù)值求解方法。

優(yōu)選的，步驟s8中，所述路徑損耗情況l根據(jù)下式計算：

l＝l0+10×nlog10(dij)+k×r^α×dij。

優(yōu)選的，所述方法還包括：

s10、每經過一個月，返回步驟s3，對路徑衰減模型重新進行更新。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術具有如下的有益效果：

1、本發(fā)明針對山地果園復雜環(huán)境提出一種提高無線傳輸性能的功率控制機制，將一個主無線設備和若干個從無線設備部署在山地果園內，可以通過主無線設備采集環(huán)境雨水信息以及監(jiān)測從無線設備的無線接收信號強度，建立該從無線設備的路徑衰減模型，主無線設備基于建立的路徑衰減模型，以及根據(jù)當前的降雨情況，計算出路徑損耗情況，根據(jù)路徑損耗情況來控制該從無線設備的發(fā)射功率，從而達到了較好的果園無線傳輸效果。

2、本發(fā)明與傳統(tǒng)的開環(huán)、閉環(huán)功率控制方法相比，在環(huán)境出現(xiàn)改變時，本發(fā)明可及時將無線設備調整到合適的發(fā)射功率，而傳統(tǒng)功率控制方法需要多次調整才能最終得到合適的發(fā)射功率，可以滿足山地果園環(huán)境下地形、地貌、氣候、植被復雜多變情況下無線信號傳輸?shù)男枰?/p>

附圖說明

圖1為本發(fā)明的功率控制裝置總體部署示意圖。

圖2為本發(fā)明的功率控制裝置中主無線設備和從無線設備的具體結構示意圖。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例1：

如圖1所示，本實施例提供了一種提高山地果園無線傳輸性能的功率控制裝置，該裝置包括一個主無線設備和四個從無線設備(主無線設備的序號編為1，四個從無線設備的序號分別編為2、3、4和5)，所述主無線設備和四個從無線設備部署在山地果園內，所述主無線設備分別與四個從無線設備連接，四個從無線設備之間相連接，主無線設備用于采集環(huán)境雨水信息以及監(jiān)測從無線設備的無線接收信號強度(receivedsignalstrengthindication，rssi)，控制從無線設備的發(fā)射功率；任意兩個無線設備之間的距離dij，單位為m，其中下標ij表示第i個無線設備和第j個無線設備之間的距離，1≤i≤5，1≤j≤5，且i≠j。

如圖2所示，所述主無線設備包括雨量傳感器、供電單元、微處理器單元、無線通信模塊和天線，所述供電單元分別與雨量傳感器、微處理器單元、無線通信模塊連接，為雨量傳感器、微處理器單元和無線通信模塊供電；所述雨量傳感器、微處理器單元、無線通信模塊和天線依次連接；

每個從無線設備包括供電單元、微處理器單元、無線通信模塊和天線，所述供電單元分別與微處理器單元、無線通信模塊連接，為微處理器單元和無線通信模塊供電；所述微處理器單元、無線通信模塊和天線依次連接；

所述主無線設備的天線分別與四個從無線設備的天線連接，四個從無線設備的天線之間相連接。

在本實施例中，所述主無線設備和四個從無線設備的供電單元采用可充電電池，可充電電池的工作電壓在3.2v-3.7v之間，最大可提供10a的瞬時工作電流，并采用lm1117-3.3低壓差線性穩(wěn)壓芯片進行穩(wěn)壓。

所述主無線設備和四個從無線設備的微處理器單元采用stm32系列單片機，該單片機具備高速的信號處理能力。

所述主無線設備和四個從無線設備的無線通信模塊采用cc1101、nrf905、cc2530、nrf24l01或si1000無線模塊，該無線通信模塊具備測量接收信號強度的能力。

本實施例的功率控制裝置通過主無線設備收集環(huán)境雨水信息以及從無線設備的無線接收信號強度，建立該從無線設備的果園無線路徑傳輸損耗模型，并基于該模型控制該從無線設備的發(fā)射功率，從而達到了較好的果園無線傳輸效果。

本實施例還提供了一種提高山地果園無線傳輸性能的功率控制方法，包括以下步驟：

s1、任取兩個無線設備，使兩者的天線距離為1m，以發(fā)射功率0dbm發(fā)射信號，連續(xù)多次測量兩者在1m距離時的接收信號強度值，然后取接收信號強度值的平均值l0；

s2、將一個帶雨量傳感器的主無線設備和四個不帶雨量傳感器的從無線設備部署在山地果園內，主無線設備的序號編為1，四個從無線設備的序號分別編為2、3、4和5，并記錄下任意兩個無線設備相互之間的距離dij，單位為m，其中下標ij表示第i個設備和第j個設備之間的距離；其中，1≤i≤5，1≤j≤5，且i≠j；

s3、選取某個從無線設備i，以功率x等于0dbm發(fā)射信號給主無線設備；其中，2≤i≤5；

s4、主無線設備測量從無線設備的無線接收信號強度，連續(xù)測量n次后，根據(jù)下式計算測量過程中無線接收信號強度的平均值

其中，為第k次測量得到的主無線設備接收到的從無線設備i的無線接收信號強度，1≤k≤n。

s5、主無線設備實時測量當前的降雨情況，記為r，單位為mm/h；

s6、調整從無線設備的發(fā)射功率xdbm，發(fā)射功率x的可選值為-10dbm、-8dbm、-6dbm、-4dbm、-2dbm、0dbm、2dbm、4dbm、6dbm、8dbm，10dbm，調整后返回步驟s4繼續(xù)測量，記錄每個發(fā)射功率的測量數(shù)據(jù)，進入步驟s7；

s7、根據(jù)已知功率x和距離dij，以及測量得到的數(shù)值l0和建立如下路徑衰減模型，主無線設備根據(jù)路徑衰減模型，求解得到模型參數(shù)n、k和α：

其中，模型參數(shù)n、k和α的求解優(yōu)選采用牛頓數(shù)值求解方法；

s8、主無線設備基于建立的路徑衰減模型，并根據(jù)當前的降雨情況r，根據(jù)下式計算出路徑損耗情況l：

l＝l0+10×nlog10(dij)+k×r^α×dij

s9、當計算得到的路徑損耗情況l高于或者低于80dbm時，主無線設備將發(fā)送功率控制指令給從無線設備，設置從無線設備的發(fā)射功率為ydbm，具體計算公式如下：

s10、由于山地果園存在季節(jié)變化和果樹生長變化，因此每經過一個月，需重新更新，即返回步驟s3，對路徑衰減模型重新進行更新，以適應山地果園存在季節(jié)變化和果樹生長變化。

上述從無線設備可以根據(jù)實際需要設置三個、五個或以上。

綜上所述，本發(fā)明針對山地果園復雜環(huán)境提出一種提高無線傳輸性能的功率控制機制，將一個主無線設備和若干個從無線設備部署在山地果園內，可以通過主無線設備采集環(huán)境雨水信息以及監(jiān)測從無線設備的無線接收信號強度，建立該從無線設備的路徑衰減模型，主無線設備基于建立的路徑衰減模型，以及根據(jù)當前的降雨情況，計算出路徑損耗情況，根據(jù)路徑損耗情況來控制該從無線設備的發(fā)射功率，從而達到了較好的果園無線傳輸效果。

以上所述，僅為本發(fā)明專利較佳的實施例，但本發(fā)明專利的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明專利所公開的范圍內，根據(jù)本發(fā)明專利的技術方案及其發(fā)明構思加以等同替換或改變，都屬于本發(fā)明專利的保護范圍。