本發(fā)明屬于物聯(lián)網領域，涉及無線傳感器網絡快速分布技術，尤其是一種基于燈路由的無線傳感器網絡快速分布系統(tǒng)和方法。

背景技術：

近年來隨著物聯(lián)網行業(yè)的快速發(fā)展，無線傳感網絡設備在中國發(fā)展蔓延，特別是最近這兩年，借助于4g移動通信網絡的迅速發(fā)展蔓延，移動互聯(lián)網和物聯(lián)網也逐漸形成一種融合趨勢。隨著無線傳感網絡的使用日趨廣泛，基于現(xiàn)有設施情況，盡量減少施工成本，建立快捷高效的無線傳感網絡的要求也越來越多。

目前建立無線傳感網絡的主要手段是基于三種設備，即傳感節(jié)點、路由、協(xié)調器，通過協(xié)調器匯聚路由和傳感節(jié)點。其中，除了節(jié)點因為耗電少且具備休眠模式可以通過電池供電外，協(xié)調器由于涉及和上位機平臺進行通信的要求必須保持一直在線，因此必須放置到中心機房中。而路由是動態(tài)mesh自組網中的最關鍵設備，數(shù)量也最多，基于zigbeepro協(xié)議的無線傳感網絡最多能支持多達65535個，其中路由負責網絡拓撲的建立和無線傳感信號的分布拓展，由于動態(tài)mesh組網的特點可以容許個別路由掉線，但為了保證無線傳感網絡的暢通，大多數(shù)路由必須處于一直在線的狀態(tài)，因此也必須采用市電供電。

目前現(xiàn)有的無線傳感網絡建立技術存在以下缺點：

1、現(xiàn)有路由中繼設備難以適應復雜的建筑物內環(huán)境；

2、路由中繼設備的采電成本較高；

3、現(xiàn)有的路由中繼設備一般都是直接插到電源插座上，安全性和可靠性比較差。

4、眾多路由中繼設備分布在墻壁外面，用戶體驗不佳。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點，提供一種基于燈路由的無線傳感器網絡快速分布系統(tǒng)和方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：

本發(fā)明首先提出一種基于燈路由的無線傳感器網絡快速分布系統(tǒng)，包括以下模塊：

(1)單片機模塊：設置燈路由模塊的工作模式、zigbee網絡參數(shù)、數(shù)據(jù)交換機制；

(2)燈路由模塊：負責單片機模塊與上位機平臺的通訊，其處理分為兩部分：接收協(xié)調器控制信號和動態(tài)mesh自組網，然后將收到的控制信號發(fā)送給單片機模塊；

(3)開關控制模塊：根據(jù)單片機模塊發(fā)送的命令對繼電器進行開關操作，控制燈的亮滅；

(4)遙控器模塊：通過zigbee網絡在近端控制附近燈路由的工作狀態(tài)，也對燈路由進行分組控制；

(5)協(xié)調器網絡模塊：協(xié)調器網絡模塊具有zigbee、以太網、wifi和4g多種接口，負責單片機模塊及燈路由模塊與網絡監(jiān)控平臺的通信；

所述單片機模塊和燈路由模塊通過spi總線連接，協(xié)調器模塊和燈路由模塊采用zigbee協(xié)議相互連接，燈路由模塊和遙控器模塊通過zigbee協(xié)議相互連接，協(xié)調器網絡模塊通過tcp/ip方式連接有網絡監(jiān)控平臺。

進一步，所述網絡監(jiān)控平臺是系統(tǒng)外的設備，網絡監(jiān)控平臺是一臺連接互聯(lián)網的數(shù)據(jù)服務器，用來所述協(xié)調器網絡模塊通過網絡發(fā)送的數(shù)據(jù)包。

進一步，多個燈路由模塊組成動態(tài)mesh網絡和協(xié)調器模塊通過zigbee協(xié)議連接，單片機模塊通過燈路由模塊獲得網絡監(jiān)控平臺下發(fā)的控制命令，對無線傳感網絡中的所有燈路由設備進行控制和管理。

進一步，所述燈路由模塊和附近的遙控器模塊組成點對點的通信模式，通過zigbee網絡在近端控制附近燈路由的工作狀態(tài)，包括控制照明燈的亮滅及燈路由組的控制。

進一步，所述單片機模塊與開關控制模塊通過繼電器連接，單片機模塊通過io管腳控制繼電器的開關進而控制燈的亮滅。

進一步，所述燈路由模塊包括驅動芯片，所述驅動芯片連接有繼電器線包和光耦器件，所述單片機模塊的一個io管腳通過光耦器件實現(xiàn)輸入信號和輸出信號的電氣隔離及抗干擾，然后通過所述驅動芯片控制繼電器線包的電氣開關，當io管腳由單片機模塊置高電平時，驅動芯片控制繼電器線包開關切換為開路狀態(tài)；當io管腳由單片機模塊置低電平時，驅動芯片控制繼電器線包開關切換為閉合狀態(tài)。

本發(fā)明還一種基于上述的無線傳感器網絡快速分布系統(tǒng)的方法：

1)zigbee模塊工作于路由模式，通過單片機模塊設置zigbee模塊的工作模式和zigbee網絡參數(shù)；

2)遙控器模塊工作于節(jié)點模式，平時進入睡眠模式，工作時通過按鍵喚醒，和附近的燈路由模塊進行通信，通過遙控器模塊上面的按鍵控制燈路由模塊的工作狀態(tài)；

3)單片機模塊的一個io管腳經過光耦和電流驅動電路和繼電器連接，繼電器和照明燈的火線連接；

4)設置單片機模塊的一個io管腳為輸出模式，通過控制該io管腳為高或低電平來控制繼電器開關狀態(tài)，進而控制燈的亮滅，同時，路燈的燈控制開關也能控制燈的亮滅；

5)由燈路由模塊組建的zigbee網絡匯聚到協(xié)調器網絡模塊中，協(xié)調器網絡模塊通過以太網、wifi或者4g方式連接到互聯(lián)網，進而接收上位機平臺下發(fā)的指令，控制zigbee網絡內的全部燈路由模塊，從而調整優(yōu)化整個zigbee網絡。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明針對無線傳感網絡的特征，設計一種針對無線傳感器網絡的快速分布技術，其通過在現(xiàn)有設施內的照明燈中接入燈路由模塊的方式，使燈具有zigbee路由/節(jié)點的功能，在安裝了燈路由模塊的照明燈之間，形成一個動態(tài)mesh網絡。另外，為保證燈路由的一直在線狀態(tài)，需要將照明燈的原開關置于常開狀態(tài)，通過遙控器模塊可在近端控制照明燈的亮滅，也可以通過互聯(lián)網在遠端控制照明燈的亮滅。借助照明燈的常通電、數(shù)量多、分布廣的特點，在醫(yī)院、工廠、學校、高樓大廈內拓展zigbee無線傳感網絡的覆蓋，更便捷快速地建立zigbee網絡，同時具備對設施內照明燈的近端及遠端控制功能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明燈路由模塊的電路結構示意圖；

圖2為本發(fā)明系統(tǒng)的整體工作流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述：

本發(fā)明屬于物聯(lián)網領域，首先提出一種基于燈路由的無線傳感器網絡快速分布系統(tǒng)，如圖1所示，包括以下模塊：

(1)單片機模塊：設置燈路由模塊的工作模式，可通過單片機設置其工作模式、zigbee網絡參數(shù)、數(shù)據(jù)交換機制等信息；所述單片機模塊與開關控制模塊通過繼電器連接，單片機模塊通過io管腳控制繼電器的開關進而控制燈的亮滅。即單片機的一個io管腳經過光耦和電流驅動電路和繼電器連接，繼電器和照明燈的火線連接。

(2)燈路由模塊：負責單片機模塊與上位機平臺的通訊，其處理分為兩部分：接收協(xié)調器控制信號和動態(tài)mesh自組網，然后將收到的控制信號發(fā)送給單片機模塊；

所述燈路由模塊包括驅動芯片，所述驅動芯片連接有繼電器線包和光耦器件，所述單片機模塊的一個io管腳通過光耦器件實現(xiàn)輸入信號和輸出信號的電氣隔離及抗干擾，然后通過所述驅動芯片控制繼電器線包的電氣開關，當io管腳由單片機模塊置高電平時，驅動芯片控制繼電器線包開關切換為開路狀態(tài)；當io管腳由單片機模塊置低電平時，驅動芯片控制繼電器線包開關切換為閉合狀態(tài)。

即：設置單片機的一個io管腳為輸出模式，通過控制該io管腳為高或低電平來控制繼電器開關狀態(tài)，進而控制燈的亮滅。同時，原有的照明燈控制開關保持常開狀態(tài)，原開關用遙控器模塊來替代。

(3)開關控制模塊：根據(jù)單片機模塊發(fā)送的命令對繼電器進行開關操作，控制燈的亮滅；

(4)遙控器模塊：通過zigbee網絡在近端控制附近燈路由的工作狀態(tài)，也對燈路由進行分組控制；遙控器模塊工作于節(jié)點模式，平時進入睡眠模式，工作時通過按鍵喚醒，和附近的燈路由進行通信，可通過遙控器模塊上面的按鍵成組控制燈路由的工作狀態(tài)及替換原手動開關控制照明燈的方法。

(5)協(xié)調器網絡模塊：協(xié)調器網絡模塊具有zigbee、以太網、wifi和4g多種接口，負責單片機模塊及燈路由模塊與網絡監(jiān)控平臺的通信；

所述單片機模塊和燈路由模塊通過spi總線連接，協(xié)調器模塊和燈路由模塊采用zigbee協(xié)議相互連接，燈路由模塊和遙控器模塊通過zigbee協(xié)議相互連接，協(xié)調器網絡模塊通過tcp/ip方式連接有網絡監(jiān)控平臺。所述網絡監(jiān)控平臺是系統(tǒng)外的設備，網絡監(jiān)控平臺是一臺連接互聯(lián)網的數(shù)據(jù)服務器，用來所述協(xié)調器網絡模塊通過網絡發(fā)送的數(shù)據(jù)包。

本發(fā)明多個燈路由模塊組成動態(tài)mesh網絡和協(xié)調器模塊通過zigbee協(xié)議連接，單片機模塊通過燈路由模塊獲得網絡監(jiān)控平臺下發(fā)的控制命令，對無線傳感網絡中的所有燈路由設備進行控制和管理。所述燈路由模塊和附近的遙控器模塊組成點對點的通信模式，通過zigbee網絡在近端控制附近燈路由的工作狀態(tài)，包括控制照明燈的亮滅及燈路由組的控制。

由燈路由組建的zigbee網絡匯聚到協(xié)調器中，協(xié)調器可通過以太網/wifi/4g方式連接到互聯(lián)網，進而接收上位機平臺下發(fā)的指令，控制zigbee網絡內的全部燈路由，從而調整優(yōu)化整個zigbee網絡。比如某區(qū)域被多個燈路由重復覆蓋，可只讓其中一個燈路由正常工作，其他燈路由在保持燈開關控制的功能下進行休眠，降低網絡延遲時間。

本發(fā)明提出一種基于上述系統(tǒng)的方法，處理流程如圖2所示：

1)zigbee模塊工作于路由模式，通過單片機模塊設置zigbee模塊的工作模式和zigbee網絡參數(shù)；

2)遙控器模塊工作于節(jié)點模式，平時進入睡眠模式，工作時通過按鍵喚醒，和附近的燈路由模塊進行通信，通過遙控器模塊上面的按鍵控制燈路由模塊的工作狀態(tài)；

3)單片機模塊的一個io管腳經過光耦和電流驅動電路和繼電器連接，繼電器和照明燈的火線連接；

4)設置單片機模塊的一個io管腳為輸出模式，通過控制該io管腳為高或低電平來控制繼電器開關狀態(tài)，進而控制燈的亮滅，同時，路燈的燈控制開關也能控制燈的亮滅；

5)由燈路由模塊組建的zigbee網絡匯聚到協(xié)調器網絡模塊中，協(xié)調器網絡模塊通過以太網、wifi或者4g方式連接到互聯(lián)網，進而接收上位機平臺下發(fā)的指令，控制zigbee網絡內的全部燈路由模塊，從而調整優(yōu)化整個zigbee網絡。

綜上所述，本發(fā)明針對無線傳感網絡的特征，實現(xiàn)了無線傳感器網絡的快速分布技術，其通過在現(xiàn)有設施內的照明燈中接入燈路由模塊的方式，使燈具有zigbee路由/節(jié)點的功能，在安裝了燈路由模塊的照明燈之間，形成一個動態(tài)mesh網絡。另外，為保證燈路由的一直在線狀態(tài)，需要將照明燈的原開關置于常開狀態(tài)，通過遙控器模塊可在近端控制照明燈的亮滅，也可以通過互聯(lián)網在遠端控制照明燈的亮滅。借助照明燈的常通電、數(shù)量多、分布廣的特點，在醫(yī)院、工廠、學校、高樓大廈內拓展zigbee無線傳感網絡的覆蓋，更便捷快速地建立zigbee網絡，同時具備對設施內照明燈的近端及遠端控制功能。