专利名称：一种基于无线传感器网络的湿度计节点及湿度检测方法
技术领域：
本发明涉及无线传感器网络的湿度计节点，属于气象无线检测技术领域。
背景技术：
无线传感器网络技术开始进入应用阶段，目前气象部门仍采用有线数据采集，一般是采用模拟式气象传感器，经过数据采集器采集并处理湿度信号，也有采用RS232等接口输出的数字式传感(变送)器送入数据采集器。这些系统都是采用有线方式，存在连接复杂，维护维修困难，经常出现接触不良等问题。湿度是常见的的物理量，目前常用的有电压输出式、电容输出式、数字输出式湿度传感器。但由于湿度参数测量的特殊性，其准确度和稳定度相对较低，很难取得高精度检测。因此，仅有少数的湿度计可以满足气象观测的要求，国际上多数选用了维萨拉公司的湿度传感器来进行气象观测。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术中的缺陷，提供一种基于无线传感器网络的湿度计节点。本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案。一种基于无线传感器网络的湿度计节点，包括电压式湿度传感调理电路、电容式湿度传感调理电路、数字式湿度传感电路、无线处理器、液晶显示模块、USB转串口电路以及键盘；其中电压式湿度传感调理电路、电容式湿度传感调理电路、数字式湿度传感电路分别与无线处理器连接，无线处理器分别与液晶显示模块、USB转串口电路、键盘连接。优选的，本发明的基于无线传感器网络的湿度计节点，电压式湿度传感调理电路包括电压输出式湿度传感器、A/D转换模块，其中电压输出式湿度传感器感应相对湿度信号，经A/D转换模块进行模数转换后发送无线处理器。优选的，本发明的基于无线传感器网络的湿度计节点，电容式湿度传感调理电路包括电容输出式湿度传感器、电容频率转换电路、分频电路，其中电容输出式湿度传感器感应相对湿度信号，经电容频率变换电路转换成频率信号，经过分频电路降低频率后发送无线处理器。优选的，本发明的基于无线传感器网络的湿度计节点，数字式湿度传感电路采用 AM2303湿度传感器。优选的，本发明的基于无线传感器网络的湿度计节点，无线处理器采用TI公司的 CC2530。优选的，本发明的基于无线传感器网络的湿度计节点，液晶显示模块采用具有串口连接的12864系列的液晶模块。本发明还提供一种基于无线传感器网络的湿度检测方法，其湿度检测结果采用三种不同类型的传感器经过数据融合处理取得，包括如下步骤步骤A 通过无线处理器分别采集三种湿度传感器的输出信号，并在标准湿度发生器中分别进行标定，所述三种湿度传感器为电压输出式、电容输出式、数字式湿度传感器； 步骤B 将经过标定的三个湿度传感器分别进行测试及性能评定，分别取得各湿度传
感器的扩展不确定度巧，i=l, 2，3，其中包含因子k=3，以取得99. 7%的置信概率；
步骤C:正式测量时，分别取得三个湿度传感器的检测值^H1，FJI2，PJf3,并求得其中值；
C-1，如各湿度传感器的检测值与中值之差的绝对值均小于步骤B中巧的最大值，则进入步骤C-3 ；
C-2，如某湿度传感器的检测值与中值之差的绝对值大于或等于步骤B中Ui的最大值，
则该湿度传感器的本次检测值为无效数据，丢弃该数据，最后取得有效湿度传感器数目n， 1^/7^3；
C-3，按下式求取各有效湿度传感器的权重
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C-4，按下式综合各有效湿度传感器的检测值，并确定最终的湿度检测结果
SH =Xw; * 媽。 i-l本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果
本发明的基于无线传感器网络的湿度计节点，利用ZigBee技术的无线传感器网络与其他气象要素进行组网。由于采用无线传感器网络，无需通信连线，具有可根据实际要求增减节点、组网方便，提高了实用性。通过三种不同类型的湿度传感器的数据融合，综合不同类型传感器的优点，提高了检测精度。


图1是本发明的结构图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。如图1所示，本发明的一种基于无线传感器网络的湿度计节点，包括电压式传感调理电路1、电容式传感调理电路2、数字式传感电路3、无线处理器、液晶显示模块、USB转串口电路7以及键盘6，其中电压式传感调理电路1、电容式传感调理电路2、数字式传感电路3、液晶显示模块、USB转串口电路、键盘分别与无线处理器连接。电压式传感调理电路1 湿度传感器可以采用美国霍尼韦尔公司生产的HIH4000 系列的芯片，为电压式输出信号，通过高精度的A/D转换芯片ICL7135将传感器输出的电压模拟量转换为数字量，并送无线处理器。电容式传感调理电路2 电容输出式湿度传感器可采用法国Humirel公司的HTS2030系列的湿度传感器，通过采用基于LM555振荡器的电容频率转换电路，将电容量转换成频率量，分频后送无线处理器，以满足处理器的频率输入要求。数字式传感电路3:数字式湿度传感电路可采用中国奥松电子公司的高精度 AM2303湿度传感器，输出的数字信号直接送无线处理器。无线处理器采用TI公司的CC2530，通过CC2530实现三个不同类型的传感器的检测以及数据融合，综合各传感器的优势形成最终的湿度测量值。利用其支持的ZigBee协议栈，形成无线传感器网络的湿度计节点，并把检测结果通过无线传感器网络发送出去。液晶显示模块采用具有串口连接的1观64系列的液晶模块，节约处理器的引脚， 用于显示当前的湿度值。USB转串口模块可将无线处理器融合后的检测结果送至上位机。湿度检测结果采用三种不同类型的传感器经过数据融合处理取得
首先，无线处理器分别采集三种湿度传感器的输出信号，并在标准湿度发生器中分别进行标定，实现三种湿度传感器的校准。其次，经过标定的三个湿度传感器分别进行测试及性能评定，取得各传感器的准确度、温度漂移、稳定性、非线性、迟滞等指标，从而求得各湿度传感器的扩展不确定度^ , i=l, 2，3，其中包含因子k=3，以取得99. 7%的置信概率。正式测量时，分别取得三个湿度传感器的检测值ii/A，RH2，AiZ3 ,并求得其
中值。如某湿度传感器的检测值与中值之差的绝对值大于或等于步骤B中M的最大值， 则该湿度传感器的本次检测值为无效数据，丢弃该数据，最后取得有效湿度传感器数目《， 按下式求取各有效湿度传感器的权重
权利要求
1.一种基于无线传感器网络的湿度计节点，其特征在于包括电压式湿度传感调理电路(1)、电容式湿度传感调理电路(2)、数字式湿度传感电路(3)、无线处理器、液晶显示模块、USB转串口电路以及键盘；其中电压式湿度传感调理电路(1)、电容式湿度传感调理电路(2)、数字式湿度传感电路(3)分别与无线处理器连接，无线处理器分别与液晶显示模块、USB转串口电路、键盘连接。
2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的湿度计节点，其特征在于所述电压式湿度传感调理电路(1)包括电压输出式湿度传感器、A/D转换模块，其中电压输出式湿度传感器感应相对湿度信号，经A/D转换模块进行模数转换后发送无线处理器。
3.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的湿度计节点，其特征在于所述的电容式湿度传感调理电路(2)包括电容输出式湿度传感器、电容频率转换电路、分频电路，其中电容输出式湿度传感器感应相对湿度信号，经电容频率变换电路转换成频率信号，经过分频电路降低频率后发送无线处理器。
4.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的湿度计节点，其特征在于所述数字式湿度传感电路(3)采用AM2303湿度传感器。
5.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的湿度计节点，其特征在于所述无线处理器采用TI公司的CC2530。
6.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的湿度计节点，其特征在于所述液晶显示模块采用具有串口连接的1观64系列的液晶模块。
7.一种基于无线传感器网络的湿度检测方法，其特征在于其湿度检测结果采用三种不同类型的传感器经过数据融合处理取得，包括如下步骤步骤A 通过无线处理器分别采集三种湿度传感器的输出信号，并在标准湿度发生器中分别进行标定，所述三种湿度传感器为电压输出式、电容输出式、数字式湿度传感器；步骤B 将经过标定的三个湿度传感器分别进行测试及性能评定，分别取得各湿度传感器的扩展不确定度巧，i=l, 2，3 ；步骤C:正式测量时，分别取得三个湿度传感器的检测值JW1，RH2，皿3,并求得其中值；C-1，如各湿度传感器的检测值与中值之差的绝对值均小于步骤B中的最大值，则进入步骤C-3 ；C-2，如某湿度传感器的检测值与中值之差的绝对值大于或等于步骤B中^的最大值，则该湿度传感器的本次检测值为无效数据，丢弃该数据，最后取得有效湿度传感器数目n， 1^/7^3；C-3，按下式求取各有效湿度传感器的权重C-4，按下式综合各有效湿度传感器的检测值，并确定最终的湿度检测结果
全文摘要
本发明公开了一种基于无线传感器网络的湿度计节点及湿度检测方法，属于气象无线检测技术领域。本发明包括电压式传感调理电路、电容式传感调理电路、数字式传感电路、无线处理器、液晶显示模块、USB转串口电路以及键盘，其中电压式传感调理电路、电容式传感调理电路、数字式传感电路的输出分别连接无线处理器，经数据融合处理后取得湿度检测结果，并送液晶显示模块、USB转串口电路输出。本发明采用多个传感器来测量湿度，提高了湿度检测的精度和可靠性；采用支持ZigBee技术的CC2530无线处理器作为主控芯片形成湿度传感器节点，利用无线传感器网络与其他气象传感器节点组网，具有无需通信连线、组网方便、高精度等特点。
文档编号G01W1/00GK102213776SQ20111013730
公开日2011年10月12日 申请日期2011年5月26日 优先权日2011年5月26日
发明者唐慧强, 李超, 纪镪镪, 闾军, 鲍磊磊 申请人:南京信息工程大学