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CN103546182A - 一种水下传感器网络及其节点装置 - Google Patents

一种水下传感器网络及其节点装置 Download PDF

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CN103546182A
CN103546182A CN201310445528.5A CN201310445528A CN103546182A CN 103546182 A CN103546182 A CN 103546182A CN 201310445528 A CN201310445528 A CN 201310445528A CN 103546182 A CN103546182 A CN 103546182A
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CN
China
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head bracket
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Pending
Application number
CN201310445528.5A
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English (en)
Inventor
吴晓鸰
陈海南
曾德文
李汉
王砚文
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Guangzhou Institute of Advanced Technology of CAS
Original Assignee
Guangzhou Institute of Advanced Technology of CAS
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Abstract

本发明涉及一种水下传感器网络及其节点装置，所述节点装置包括节点头和多个传感模块，所述多个传感模块相互连接，并连接于节点头上；所述节点头包括节点头支架以及安装于节点头支架上的驱动引擎模块；所述驱动引擎模块通过一中心轴连接于节点头支架的底部，且能够绕中心轴旋转，驱动引擎模块的侧面安装有推进装置。本发明提供的一种水下传感器网络及其节点装置拥有自治能力，并能通过太阳能补充能量，能够长时间水下部署，并能适应复杂的水域环境；解决了水下传感器网络部署和维护困难以及能量获取难的问题。

Description

一种水下传感器网络及其节点装置
技术领域
本发明涉及水下传感器领域，具体涉及一种水下传感器网络及其节点装置。
背景技术
水下传感器网络工作在水下环境，由多个节点装置组成。节点装置最主要的任务就是采集和传递目标数据，除此之外，节点装置还必须具备密封性来适应水下环境。
节点装置一般包括水面节点和水下节点。水面节点通常充当基站节点，用于接收水下节点采集回来的数据，同时通过多个节点装置的水面节点间的相互通信，将数据传递到陆地基站。水下节点则主要负责采集监控区域的敏感数据，并通过与相邻节点装置的协作将数据传递到水面基站节点。
在目前的应用中，水下节点一般通过锚链或者浮标来控制自身的位置，节点装置的位置随水流流动而改变，各节点装置间的相对位置是完全随机的，整个网络一旦部署便很难进行人工干预，不便于安装和维护。另一方面，目前节点装置几乎都是依赖电池供电，电池携带的电量有限，无法满足长期部署和重复使用。一旦节点失去电量供应，很难对节点进行回收和再利用。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种拥有自治及能量自获取能力的水下传感器网络及其节点装置，解决水下传感器网络部署和维护困难以及能量获取难的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种水下传感器网络的节点装置，包括节点头和多个传感模块，所述多个传感模块相互连接，并连接于节点头上；所述节点头包括节点头支架以及安装于节点头支架上的驱动引擎模块；所述驱动引擎模块通过一中心轴连接于节点头支架的底部，且能够绕中心轴旋转，驱动引擎模块的侧面安装有推进装置。
所述推进装置为螺旋桨。
所述多个传感模块通过通信电缆相互连接实现通信，并通过通信电缆连接到节点头。
所述节点头还包括安装于节点头支架上的垂直位置控制模块，所述垂直位置控制模块包括相互连接的水泵和气囊，所述气囊中充有气体，所述水泵用于向气囊中充入水或从气囊中抽出水。
所述节点头还包括安装于节点头支架上的供电模块，所述供电模块包括相互连接的主供电模块和辅助供电模块，所述主供电模块包括至少一块蓄电池，所述辅助供电模块包括至少一块太阳能电池板。
所述主供电模块包括两块蓄电池，所述两块蓄电池的充放电回路彼此独立，轮流进行放电与充电。
所述辅助供电模块的太阳能电池板可折叠或可伸缩地安装在节点头支架上。
所述节点头还包括安装于节点头支架上的通信模块和数据处理模块。
所述中心轴是中空的，通信电缆将多个传感模块依次串联，并穿过中心轴，连接到节点头支架内的数据处理模块。
一种水下传感器网络，包括多个以上所述的节点装置。
本发明提供的一种水下传感器网络及其节点装置，能够通过驱动引擎模块在水下移动，并能够通过垂直位置控制模块上下浮动，在控制节点装置成本的前提下，有效提高了节点装置的水下工作性能和实际环境下的应用能力。与现有技术相比，本发明提供的一种水下传感器网络及其节点装置拥有自治能力，并能通过太阳能补充能量，能够长时间水下部署，并能适应复杂的水域环境；解决了水下传感器网络部署和维护困难以及能量获取难的问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的水下传感器网络的节点装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体的实施例对本发明的内容进行详细的说明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种水下传感器网络的节点装置，其包括节点头和多个传感模块，所述多个传感模块通过高强度的通信电缆相互连接实现通信，并连接于节点头上。
节点头是节点装置的主要功能部分。具体的，所述节点头包括节点头支架以及安装于节点头支架上的驱动引擎模块、供电模块、垂直位置控制模块、数据处理模块和通信模块。
所述驱动引擎模块通过一中心轴连接于节点头支架的底部，且驱动引擎模块能够绕中心轴旋转。驱动引擎模块上安装有螺旋桨，通过驱动引擎模块上的螺旋桨能够推动节点装置在水中移动；通过驱动引擎模块在中心轴上的旋转，能够调整螺旋桨的方位，进而调整节点装置的移动方向。
所述垂直位置控制模块安装于节点头支架顶部，由一个橡胶气囊和一个微型水泵组成。所述橡胶气囊和微型水泵相互连接，橡胶气囊中充有气体，所述微型水泵用于向橡胶气囊中充入水或从橡胶气囊中抽出水。通过微型水泵控制橡胶气囊内的水量来调整橡胶气囊的浮力，进而调整节点装置在水域中的垂直方向的位置。
驱动引擎模块和垂直位置控制模块使得节点装置拥有更高的自治性能，并使得节点装置可以回收重复利用，大大节约了成本。
所述供电模块包括相互连接的主供电模块和辅助供电模块。所述主供电模块包括至少一块蓄电池，所述辅助供电模块包括至少一块太阳能电池板。所述太阳能电池板与蓄电池连接，用于向蓄电池充电。
本发明实施例中，所述辅助供电模块包括两块太阳能电池板，所述两块太阳能电池板可折叠或可伸缩地对称安装于节点头支架的两侧；当节点头支架浮在水面上时，太阳能电池板展开进行充电；当节点头支架潜入水中时，太阳能电池板折叠或收缩于节点头支架内，以减小节点装置的移动阻力。
本发明实施例中，所述主供电模块包括第一蓄电池板和第二蓄电池板，所述第一蓄电池板和第二蓄电池板分别固定于节点头支架的上方和下方，两块蓄电池板的充放电回路彼此独立，轮流进行放电与充电。与现有技术相比，本发明实施例拥有更加持久的电源供应，更适合长时间部署。
所述数据处理模块和通信模块密封安装于节点头支架内。所述数据处理模块用于收集并处理传感模块通过通信电缆传输来的数据。所述通信模块包括水声通信模块和无线电磁波通信模块，用于实现与其他节点装置或与通信基站间的数据通信。
作为改进，所述中心轴是中空的，连接于传感模块上的通信电缆穿过中心轴，连接到节点头支架内的数据处理模块。传感模块采集到的数据直接传递到数据处理模块完成水下数据的采集。与已有的设计方案中将节点装置的传感模块与其他核心模块整合为一体的设计不同，本发明实施例通过高强度通信电缆连接多个传感模块到节点头，使一个节点装置可以携带多个传感模块，并展开到较大的监控区域中，扩大了单个节点装置的监控区域。
本发明提供的一种水下传感器网络及其节点装置，能够通过驱动引擎模块在水下移动，并能够通过垂直位置控制模块上下浮动，在控制节点装置成本的前提下，有效提高了节点装置的水下工作性能和实际环境下的应用能力。与现有技术相比，本发明提供的一种水下传感器网络及其节点装置拥有自治能力，并能通过太阳能补充能量，能够长时间水下部署，并能适应复杂的水域环境；解决了水下传感器网络部署和维护困难以及能量获取难的问题。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种水下传感器网络的节点装置，其特征在于，包括节点头和多个传感模块，所述多个传感模块相互连接，并连接于节点头上；所述节点头包括节点头支架以及安装于节点头支架上的驱动引擎模块；所述驱动引擎模块通过一中心轴连接于节点头支架的底部，且能够绕中心轴旋转，驱动引擎模块的侧面安装有推进装置。
2.根据权利要求1所述的节点装置，其特征在于，所述推进装置为螺旋桨。
3.根据权利要求1所述的节点装置，其特征在于，所述多个传感模块通过通信电缆相互连接实现通信，并通过通信电缆连接到节点头。
4.根据权利要求1所述的节点装置，其特征在于，所述节点头还包括安装于节点头支架上的垂直位置控制模块，所述垂直位置控制模块包括相互连接的水泵和气囊，所述气囊中充有气体，所述水泵用于向气囊中充入水或从气囊中抽出水。
5.根据权利要求1所述的节点装置，其特征在于，所述节点头还包括安装于节点头支架上的供电模块，所述供电模块包括相互连接的主供电模块和辅助供电模块，所述主供电模块包括至少一块蓄电池，所述辅助供电模块包括至少一块太阳能电池板。
6.根据权利要求5所述的节点装置，其特征在于，所述主供电模块包括两块蓄电池，所述两块蓄电池的充放电回路彼此独立，轮流进行放电与充电。
7.根据权利要求5所述的节点装置，其特征在于，所述辅助供电模块的太阳能电池板可折叠或可伸缩地安装在节点头支架上。
8.根据权利要求1所述的节点装置，其特征在于，所述节点头还包括安装于节点头支架上的通信模块和数据处理模块。
9.根据权利要求8所述的节点装置，其特征在于，所述中心轴是中空的，通信电缆将多个传感模块依次串联，并穿过中心轴，连接到节点头支架内的数据处理模块。
10.一种水下传感器网络，其特征在于，包括多个权利要求1至9任一所述的节点装置。
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