CN112367699B - 无线传感器系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线传感器系统，包括：无线网关和无线节点设备，无线网关和无线节点设备之间无线通讯连接；其中，无线网关具有一感应部，当感应部与无线节点设备之间的距离小于设定阈值时，线网关与无线节点设备组网。本发明通过在无线网关处设置感应部，并利用触碰感知手段，使得无线节点设备接近感应部时，无线网关通过向无线节点设备发射载有信道号和网关组号的唤醒信号来触发无线节点设备的唤醒和与无线网关之间的自动组网，实现了在现场应用中快速建立无线传感器节点与无线网关之间的连接和分组，避免了无线传感器节点误与其他无线网关的连接分组，降低无线传感器网络的现场安装组网的难度并提高现场工作效率。

Description

无线传感器系统

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，特别涉及一种无线传感器系统。

背景技术

在有线传感器时代，当有线传感器产品在现场安装使用时，工程人员只需要使用配套的电缆直接将传感器和采集器连接即可，并且连接拓扑结构直观明了。

进入无线传感器时代后，由于不再需要使用电缆，因此避免了布线的麻烦，并且延长了传感器的布置深度，使得传统有线传感器因为电缆限制而无法到达的地方能够利用无线传感器实现监控。

但是，无线传感器在现场组网时却异常麻烦。由于无线传感器节点的通讯距离一般可达100米至1000米，在该尺度的通讯距离范围中，无线传感器可能连接到其无线覆盖半径范围内遵从相同标准的任何网关，并且在多数时候，由于现场状况的复杂程度，会使得无线传感器节点和无线网关之间超出现场工程人员的视野范围，再加上大多数无线传感器节点由于体积较小并且可能缺少指示灯，所以一个连接不上指定无线网关的无线传感器节点到底处于何种状态，现场人员往往比较困惑与尴尬，进而，这种在组网时的困难往往阻碍了无线产品的应用推广及进一步普及。

同时，随着无线传感器网络技术的发展和无线传感器节点产品在工业现场的大量安装及实际使用，使得在有限的空间区域内可能同时存在多个无线传感器网络系统的情况在实际施工中显著增多，在这种情况下，因为无线传感器节点上缺少必要的显示和输入键，使得在现场应用中使当前的无线传感器节点加入到指定无线网关的工作变得非常麻烦并且极易出问题。

在实际的工程应用中，为了解决无线传感器网络产品的分组，工程中常见的分组方法有以下几种：

第一种分组方法是采用多位拨码开关的方式。无线网关和无线传感器节点均设有拨码开关，在工程现场进行无线分组时，只要把无线网关的拨码开关和无线节点的拨码开关拨成相同的值，即可将拨码开关为相同值得无线网关和无线传感器节点分成一组，这样，拨码开关为不同值的多个网络就可以在同一空间并存，而且不会混淆。但这种实现方式的问题在于，拨码开关的位数一般设计的不会太长，常见的多为4位，如果无线覆盖范围还存在同样的产品被其他用户使用，则很容易因编码相同造成设备间的串网。按照现有的约束条件，无线传感器网络的通讯距离可达1公里，有些甚至更长，这样导致一个无线网络可能覆盖将近3到4平方公里的面积甚至更多，在这么大面积上，找出其它用户使用的同类无线产品显然非常不易。其次，由于拨码开关多数都设计在设备内部，使用这种方式就需要对无线网关和无线传感器节点执行拆壳等操作工序，由于现场环境比生产环境恶劣的多，进而这种现场拆装会不同程度的造成无线网关和无线传感器节点的内部电路损坏、以及无线传感器节点防水性能下降等问题；另外，如果把拨码设计在设备外边，则又很容易被误动，并且难以解决防水等问题；而如果将拨码开关置于一个独立的保护仓内，这样又会使得无线传感器节点的结构变得复杂；再者，现场人员也会存在因为工作失误或多人施工造成两组或两组以上无线网关采用相同拨码的情况。

第二种分组方法是通过电脑有线配置的方式。这里的电脑也可以是手机、平板电脑，或其它定制的便携式带有屏幕的设备。在工业应用现场，工程人员通过有线电缆将电脑与无线网关(或无线传感器节点)相连，然后在电脑端运行相应的配置软件，通过一系列读写操作，将指定的组网分组参数写入无线网关和/或无线传感器节点。由于获得了相关组网分组参数，而且这样可以设置的参数较多，这样可以实现通过用户识别信息限制产品的组网选择。从技术层面来讲，参数通过有线直接配置是一种比较好的实现方式，但是多数小型无线传感器节点没有相关接口，需要现场拆机，而且有些现场对使用电脑也具有限制。

第三种分组方法是通过专用读写设备进行无线配置分组。其中，专用读写设备可以为定制开发设备，例如编码器、手抄器等仅用于完成某一指定功能的专用设备，也可以为利用电脑、手机、平板电脑等带有屏幕的设备所开发的配套有无线组件来实现相应功能的设备。其中，采用无线配置参数存在一个很大的问题，即如何唤醒休眠中的无线传感器节点来快速连接该专用读写设备，在实际工程中有两种方式实现唤醒休眠中的无线传感器节点以快速连接该专用读写设备：一种是在无线传感器节点上设计一个提前预留功能的按键，通过触发该按键，使得无线传感器节点立即被唤醒并重新入网；对于具有防水要求而不便设计按键的无线传感器节点，往往会在无线传感器节点内部内置干簧管等磁敏元件，在工程应用中，通过磁铁划过无线传感器节点或其他类似方式实现对无线传感器节点的唤醒，该功能和按键相当，并且不会在无线传感器节点外表进行诸如开孔的设计，从而满足防水要求。通过上述两种方式，无线传感器节点启动后在短暂的时间内利用设备的建网特性接入专用读写设备。但这种方式也存在诸多问题，例如在没有优先级的情况下，无线传感器节点唤醒后有加入同区的其他专用读写设备或者其他网关的可能；如果将专用读写设备的优先级设置为高于实际使用的无线网关，使得网关可以优先加入专用读写设备，然而当在数平方公里的无线覆盖区内存在多个专用读写设备时，无线传感器节点仍然可能加入距离较远而优先级较高的专用读写设备，而并非工程人员希望该无线传感器节点所加入的专用读写设备；如果使用场强等信息判定距离最近的专用读写设备，也可能因为该专用读写设备的无线链路存在问题或受到临时干扰而加入其他专用读写设备，可以看出，采用无线方式进行参数配置的方式仍然存在缺陷与漏洞。

第四种分组方法是手工操作自动分组方式。这种方式无需额外的设备，在工程应用中有多种实现方式，例如通过同时按下网关和无线传感器节点的按键，或者其他类似操作，这种操作使得网关由常规的禁止无线传感器节点入网变成短时间内允许节点入网模式，此时无线传感器节点如果立即请求组网，在时间配合正确的情况下，可以使得指定的无线传感器节点加入相应的网关，但如果网关所预留的允许入网时间较长，则处于网关近处的当前处于开机状态的无线传感器节点则有可能加入该网关；如果网关所预留地允许入网时间较短，则触发组网对操作时的时间配合要求更高。

因此，如何实现在现场应用中快速建立无线传感器节点与无线网关的连接和分组，避免无线传感器节点误与其他无线网关的连接分组，便成为亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种无线传感器系统，以实现在现场应用中快速建立无线传感器节点与无线网关之间的连接和分组，避免无线传感器节点误与其他无线网关的连接分组，降低无线传感器网络的现场安装组网的难度并提高现场工作效率。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种无线传感器系统，包括：

无线网关和无线节点设备，所述无线网关和无线节点设备之间无线通讯连接；其中，

所述无线网关具有一感应部，当所述感应部与所述无线节点设备之间的距离小于设定阈值时，所述无线网关与所述无线节点设备组网。

进一步地，所述无线网关包括：

接近触碰感知单元，所述接近触碰感知单元设置于所述感应部，用于在所述感应部与所述无线节点设备之间的距离小于设定阈值时，产生触发信号；

唤醒信号发射单元，所述唤醒信号发射单元用于在接收到唤醒指令时，发射载有组网数据信息的电磁波；

网关射频通讯单元，所述网关射频通讯单元用于从所述无线节点设备接收组网请求信息，在与所述无线节点设备组网成功后，产生组网成功信号，并与所述无线节点设备建立双向通讯连接；以及，

网关组网处理单元，所述网关组网处理单元与所述接近触碰感知单元、所述唤醒信号发射单元和所述网关射频通讯单元通信连接，所述网关组网处理单元用于接收所述触发信号和所述组网成功信号，并在接收到所述触发信号后向所述唤醒信号发射单元发送所述唤醒指令，在接收到所述组网成功信号后关闭所述唤醒信号发射单元。

进一步地，所述无线网关还包括：

状态显示单元，所述状态显示单元与所述网关组网处理单元通信连接，用于显示组网成功信息；

其中，所述网关组网处理单元，还用于在接收到所述组网成功信号后，向所述状态显示单元发送所述组网成功信息。

进一步地，所述网关组网处理单元，还用于在所述唤醒信号发射单元发射所述电磁波后的设定时间阈值范围内未收到所述组网成功信号时，关闭所述唤醒信号发射单元并停止所述网关射频通讯单元接收所述组网请求信息，并向所述状态显示单元发送组网失败信息；

所述状态显示单元，还用于显示所述组网失败信息。

进一步地，所述接近触碰感知单元包括：

接近开关、感应开关、触摸开关、机械按键、拨动开关、压力开关、震动开关、应变开关、光电开关、电磁开关。

进一步地，所述无线节点设备包括：

唤醒信号接收单元，所述唤醒信号接收单元用于接收载有组网数据信息的电磁波信号，将所接收的信号进行放大调整，之后，唤醒处于休眠期的节点组网处理单元并向所述节点组网处理单元转发所述组网数据信息；

节点组网处理单元，所述节点组网处理单元与所述唤醒信号接收单元通信连接，用于在唤醒后接收并校验所述组网数据信息，在校验成功后，开启或保持电源控制电路的供电状态，并向节点射频通讯单元发送组网请求信息；

电源控制电路，所述电源控制电路与所述节点组网处理单元电连接，用于对所述无线节点设备供电；

节点射频通讯单元，所述节点射频通讯单元与所述节点组网处理单元通信连接并由所述电源控制电路供电，用于向所述无线网关发送所述组网请求信息，并与所述无线网关建立双向通讯连接。

进一步地，所述节点组网处理单元，还用于在校验失败后，进入休眠状态。

进一步地，所述组网数据信息包括所述无线网关的信道号和网关组号；

所述组网请求信息包括所述无线网关的信道号和网关组号。

进一步地，所述无线节点设备还包括：

非易失存贮器，通信连接于所述节点组网处理单元，用于存储所述无线节点设备与所述无线网关的组网信息；

其中，所述节点组网处理单元，还用于在与所述无线网关组网成功后，将所述无线节点设备与所述无线网关的组网信息发送给所述非易失存贮器。

进一步地，所述无线节点设备为：

无线传感器节点、无线路由器和/或无线中继节点。

从上述方案可以看出，本发明的无线传感器系统，通过在无线网关处设置感应部，并利用触碰感知手段，使得无线节点设备接近感应部时，无线网关通过向无线节点设备发射载有信道号和网关组号的唤醒信号来触发无线节点设备的唤醒和与无线网关之间的自动组网，实现了在现场应用中快速建立无线传感器节点与无线网关之间的连接和分组，避免了无线传感器节点误与其他无线网关的连接分组，降低无线传感器网络的现场安装组网的难度并提高现场工作效率。本发明的无线传感器系统特别适合于现场网络环境复杂的情况下使用。

附图说明

图1为本发明第一实施例的无线传感器系统的组成结构示意图；

图2为本发明第一实施例中的无线网关的结构示意图；

图3为本发明第一实施例中的无线网关的另一实施例的结构示意图；

图4为本发明第一实施例中的无线节点设备的结构示意图；

图5为本发明第二实施例的便携式组网协助装置的组成结构示意图；

图6为本发明第二实施例的无线传感器组网系统的组成结构示意图；

图7为本发明第三实施例的便携式控制装置的组成结构示意图；

图8为本发明第三实施例的一种无线传感器控制系统的组成结构示意图；

图9为本发明第三实施例的另一种无线传感器控制系统的组成结构示意图；

图10为本发明第三实施例中的无线传感器的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件名称如下：

1、无线网关

11、感应部

12、接近触碰感知单元

13、唤醒信号发射单元

14、网关射频通讯单元

15、网关组网处理单元

16、状态显示单元

2、无线节点设备

21、唤醒信号接收单元

22、节点组网处理单元

23、电源控制电路

24、节点射频通讯单元

25、非易失存贮器

3、便携式组网协助装置

31、唤醒信号收发单元

32、第一组网处理单元

33、电池单元

34、指令触发单元

35、状态提示单元

36、通讯监听单元

4、便携式控制装置

41、功能按键单元

42、第一信号收发单元

43、信息提示单元

44、执行单元

45、电池单元

46、通讯监听单元

5、无线传感器

51、第二信号收发单元

52、处理单元

53、电源控制电路

54、节点射频通讯单元

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

第一实施例

如图1所示，本发明第一实施例的无线传感器系统，包括无线网关1和无线节点设备2，无线网关1和无线节点设备2之间无线通讯连接。其中，无线网关1具有一感应部11，当感应部11与无线节点设备2之间的距离小于设定阈值时，无线网关1与无线节点设备2组网。

图2示出了一个可选实施例中的无线网关1的结构。如图2并结合图1所示，在可选实施例中，无线网关1包括接近触碰感知单元12、唤醒信号发射单元13、网关射频通讯单元14和网关组网处理单元15。其中，接近触碰感知单元12设置于感应部11，接近触碰感知单元12用于在感应部11与无线节点设备2之间的距离小于设定阈值时，产生触发信号。唤醒信号发射单元13用于在接收到唤醒指令时，发射载有组网数据信息的电磁波。网关射频通讯单元14用于从无线节点设备2接收组网请求信息，在与无线节点设备2组网成功后，产生组网成功信号，并与无线节点设备2建立双向通讯连接。网关组网处理单元15与接近触碰感知单元12、唤醒信号发射单元13和网关射频通讯单元14通信连接，网关组网处理单元15用于接收触发信号和组网成功信号，并在接收到触发信号后向唤醒信号发射单元13发送唤醒指令，在接收到组网成功信号后关闭唤醒信号发射单元13。在可选实施例中，网关组网处理单元15与接近触碰感知单元12、唤醒信号发射单元13和网关射频通讯单元14电连接，网关组网处理单元15与接近触碰感知单元12、唤醒信号发射单元13和网关射频通讯单元14之间通过信号接口连接。

在可选实施例中，无线网关1还包括无线发射线圈，唤醒信号发射单元13通过该无线发射线圈发射载有组网数据信息的电池波信号。

图3示出了另一个可选实施例中的无线网关1的结构。图3所示实施例中，与图2所示实施例的不同仅在于在图2所示实施例的基础上增加了状态显示单元16。如图3并结合图1所示，在可选实施例中，无线网关1还包括状态显示单元16。状态显示单元16与网关组网处理单元15通信连接，状态显示单元16用于显示组网成功信息。其中，在增加状态显示单元16的基础上，网关组网处理单元15还用于在接收到组网成功信号后，向状态显示单元16发送组网成功信息。在可选实施例中，状态显示单元16与网关组网处理单元15电连接，状态显示单元16与网关组网处理单元15之间通过信号接口连接。

进一步地，在可选实施例中，网关组网处理单元15还用于在唤醒信号发射单元13发射电磁波后的设定时间阈值范围内未收到组网成功信号时，关闭唤醒信号发射单元13并停止网关射频通讯单元14接收组网请求信息，并向状态显示单元16发送组网失败信息。状态显示单元16还用于显示组网失败信息。在该可选实施例中，通过状态显示单元16所显示信息，使得无线节点设备2与无线网关1之间的连接过程的状态更加透明化地显示，使得现场工作人员能够第一时间了解无线节点设备2与无线网关1的工作状态，减少了现场工作人员进行状态查询的工作时间，提升了现场工作效率。

在可选实施例中，接近触碰感知单元12包括但不限于接近开关、感应开关、触摸开关、机械按键、拨动开关、压力开关、震动开关、应变开关、光电开关、电磁开关等。

图4示出了一个可选实施例中的无线节点设备2的结构。如图4并结合图1所示，在可选实施例中，无线节点设备2包括唤醒信号接收单元21、节点组网处理单元22、电源控制电路23和节点射频通讯单元24。其中，唤醒信号接收单元21用于接收载有组网数据信息的电磁波信号，将所接收的信号进行放大调整，之后，唤醒处于休眠期的节点组网处理单元22并向节点组网处理单元22转发组网数据信息。节点组网处理单元22与唤醒信号接收单元21通信连接，节点组网处理单元22用于在唤醒后接收并校验组网数据信息，在校验成功后，开启或保持电源控制电路23的供电状态，并向节点射频通讯单元24发送组网请求信息。在可选实施例中，节点组网处理单元22与唤醒信号接收单元21电连接，节点组网处理单元22与唤醒信号接收单元21之间通过信号接口连接。电源控制电路23与节点组网处理单元23电连接，用于对无线节点设备2供电。节点射频通讯单元24与节点组网处理单元22通信连接并由电源控制电路23供电，节点射频通讯单元24用于向无线网关1发送组网请求信息，并与无线网关1建立双向通讯连接。

在可选实施例中，无线节点设备2还包括无线接收线圈，唤醒信号接收单元21通过该无线接收线圈接收载有组网数据信息的电磁波信号。

另外，在可选实施例中，节点组网处理单元22还用于在校验失败后进入休眠状态，从而避免无线节点设备2中不必要到电量消耗。

在可选实施例中，上述中的组网数据信息包括无线网关1的信道号和网关组号，进一步地，组网数据信息还进一步包括组网识别码、校验码等，相应地，组网请求信息包括无线网关1的信道号和网关组号。

继续参见图4所示，无线节点设备2还可进一步包括非易失存贮器25。非易失存贮器25通信连接于节点组网处理单元22，非易失存贮器25用于存储无线节点设备2与无线网关1之间的组网信息。其中，相应地，节点组网处理单元22还用于在与无线网关1组网成功后，将无线节点设备2与无线网关1的组网信息发送给非易失存贮器25。

本发明第一实施例可用于无线传感器网络中的无线节点和无线网关之间的连接和组网，其中，无线节点设备2可以为无线传感器网络中的无线传感器节点、无线路由器、无线中继节点等。

本发明第一实施例的无线传感器系统，采用快速触碰式分组技术通过在现有的无线网关和无线节点设备上添加专用的快速触碰用的分组电路，形成了一种新型的无线网关和无线节点设备，使得无线节点设备和无线网关之间具备快速触碰分组的能力。在实际工业现场应用中，当无线节点设备2接近或碰压无线网关1上的指定位置(即感应部11)后，无论无线节点设备的原状态如何，本无线节点设备会被迅速唤醒并加入当前无限网关，实现无线传感器网络的快速分组。具体流程说明如下。

第一步，在工业现场，当无线节点设备2靠近或接触无线网关1的感应部11时，无线网关1中的接近触碰感知单元12会立即检测到这一行为，该接近触碰感知单元12通知无线网关1中的网关组网处理单元15有无线节点设备2需要与无线网关1快速组网。

第二步，网关组网处理单元15在得知无线节点设备2和无线网关1之间的接近触碰后，立即开启唤醒信号发射单元13，唤醒信号发射单元13通过无线发射线圈，并采用低频、高频或超高频形式向外发射无线电磁波能量，同时以电磁波为载体向外发射的还包括并不限于组网识别码、网关信道、网关组号、校验码等组网数据信息，该组网数据信息可定时连续发射多次，直至超时后停止。

第三步，由于此时无线节点设备2与无线网关1之间是处于靠近或接触状态，因此此时无限网关1的无线发射线圈和无线节点设备2的无线接收线圈之间非常靠近，无线节点设备2的无线接收线圈接收相应的电磁能量并通知唤醒信号接收单元21，唤醒信号接收单元21首先进行自增益调整，把接收信号的放大增益调整到合适的值，然后唤醒处于休眠期的节点组网处理单元22，并随后向节点组网处理单元22发送接收到的组网数据信息。

第四步，节点组网处理单元22被唤醒后，解析接收到的组网数据信息，并分辨其中的组网识别码是否正确，如果组网识别码不正确，则重新进入休眠，以避免干扰信号引起的耗电；如果组网识别码正确，则节点组网处理单元22继续接收全部的组网数据信息，在校验码正确的情况下，获取无线网关1所发送的包括但不限于信道号、网关组号等无线射频组网信息。在可选实施例中，节点组网处理单元22可采用独立供电，在唤醒节点组网处理单元22时，无需开启为整个无线节点设备2工作所供电的电源控制电路23。在可选实施例中，唤醒信号接收单元21可以由无线接收线圈接收的电磁波供电，在可选实施例中，唤醒信号接收单元21可采用独立供电，在唤醒信号接收单元21工作时，无需开启为整个无线节点设备2工作所供电的电源控制电路23。

第五步，节点组网处理单元22在获取正确的网关信道和组号等信息的情况下，检测电源控制电路23是否开启，如果电源控制电路23尚未开启，则节点组网处理单元22控制电源控制电路23开启供电，如果电源控制电路23已开启供电，则节点组网处理单元22向节点射频通讯单元24发送当前网关信道和网关组号等组网信息并请求立即组网。

第六步，节点射频通讯单元24由于知道了无线网关1的当前信道和网关组号，则可以快速的请求接入无线网关1，并与无线网关1建立双向连网，同时无线节点设备2把无线网关1的相关信息写入其非易失存贮器25中，以便下次断电或复位后能够重新加入该无线网关1。

第七步，网关射频通讯单元14在组网成功后，通知网关组网处理单元15，网关组网处理单元15控制关闭唤醒信号发射单元13并通过状态显示单元16提醒用户组网成功，否则，在唤醒信号发射单元13发射无线电磁波能量超时后通过状态显示单元16提示失败。

本发明第一实施例中，实现感应部11与无线节点设备2之间的距离小于设定阈值的动作包括但不限于接近、靠近、轻触、按压、拨动、敲击、碰撞、摩擦、放置、插入、拔出、划过、拂过等在工程现场可便于操作的方法。

本发明第一实施例中，网关射频通讯单元14包括但不限于协调器类无线网关模块、网关产品本身。

本发明第一实施例中，节点射频通讯单元24包括但不限于低功耗射频模块、无线路由模块、无线传感器节点本身。

本发明第一实施例中，唤醒信号发射单元13主要由天线线圈、无线发射电路、数据编码电路等部分组成，无线发射频段包括但不限于低频、中频、高频、超高频等频段。其实现方式可以采用集成芯片设计或分离元件搭建，该电路可以向外发射无线电磁波，完成对近距离，例如几厘米到几十厘米，的接收电圈发送载有数据信息的电能。

本发明第一实施例中，唤醒信号接收单元21主要由天线线圈、无线接收电路、数据解码电路等部分组成，无线接收频段包括但不限于低频、中频、高频、超高频等频段。其实现方式可以采用集成芯片设计或分离元件搭建，该电路可以接收外部无线电磁波，并可利用接收的电能对所载数据信息进行解析，同时唤醒外部处理器(例如节点组网处理单元22)并向其发送接收的数据信息。

本发明第一实施例中，网关组网处理单元15可以是为实现快速触碰分组功而在无线网关1中新增加的分组用CPU(Central Processing Unit，中央处理器)，也可以采用原有无线网关中的CPU。

本发明第一实施例中，节点组网处理单元22优选采用为了实现快速触碰分组功而在无线节点设备2中新增的分组用CPU，在其他可选实施例中，也可以采用原有无线节点设备中的CPU。

本发明第一实施例中，状态显示单元16包括但不限于液晶显示屏，OLED显示屏、段码显示屏、数码管、播音喇叭、蜂鸣器、大型指示灯、小型发光二级管等。其主要功能为显示当前分组状态以及分组是否成功。

本发明第一实施例中，电源控制电路23本质是一种双稳电路，可自行脱离处理器保持当前的开关状态，本电路可采用触发器等分离元器件搭建，也可采用集成的电源开关芯片实现。

本发明第一实施例中，实现快速触碰分组功能的处于无线网关1侧的部分电路(例如感应部11、接近触碰感知单元12、唤醒信号发射单元13、网关射频通讯单元14、网关组网处理单元15、状态显示单元16)，在具体实现上，可以与无线网关融为一体，成为无线网关的标配；也可作为单独的模块或产品存在，用以快速改善现有无线网关的分组功能。

本发明第一实施例中，实现快速触碰分组功能的处于无线节点设备2侧的部分电路(例如唤醒信号接收单元21、节点组网处理单元22、电源控制电路23、节点射频通讯单元24、非易失存贮器25)，在具体实现上，可以与无线节点设备融为一体，成为无线节点设备的标配；也可做为单独的模块或产品存在，用以快速改善现有无线节点设备的分组功能。

本发明第一实施例提供了一种无线节点的“触碰开机”方式，基于同样方法还可以实现“无线关机”的功能，采用本发明第一实施例，可省掉无线节点设备上的开关机物理按键，并很方便的实现无线节点设备在生产完成后的贮运时的关机以及现场应用时的开机工作。

本发明第一实施例中，可以通过无线网关1中的状态显示单元16来即时显示无线节点设备2加入无线网关1的过程，联网后无线节点设备2又可以通过无线方式向无线网关1传送其状态，因此采用本发明第一实施例可以省掉无线节点设备中所使用的发光二级管等指标灯而并不影响用户的实际使用。

本发明第一实施例中，唤醒信号发射单元13和唤醒信号接收单元21二者之间传送的数据信息包括但不限于识别码、功能码、信道号、分组号、鉴权码、校验码等信息。

本发明第一实施例的无线传感器系统，通过在无线网关处设置感应部，并利用触碰感知手段，使得无线节点设备接近感应部时，无线网关通过向无线节点设备发射载有信道号和网关组号的唤醒信号来触发无线节点设备的唤醒和与无线网关之间的自动组网，实现了在现场应用中快速建立无线传感器节点与无线网关之间的连接和分组，避免了无线传感器节点误与其他无线网关的连接分组，降低无线传感器网络的现场安装组网的难度并提高现场工作效率。本发明第一实施例的无线传感器系统特别适合于现场网络环境复杂的情况下使用。

第二实施例

第二实施例是在第一实施例的基础上的进一步扩展，第二实施例中所有组成部分均可复用第一实施例中相对应部分的功能。

如图5所示，本发明第二实施例中，提供了一种便携式组网协助装置3，主要包括唤醒信号收发单元31、第一组网处理单元32和电池单元33。其中，唤醒信号收发单元31用于接收和发射载有组网数据信息的电磁波信号。第一组网处理单元32与唤醒信号收发单元31电连接，第一组网处理单元32用于从唤醒信号收发单元31接收并存储组网数据信息，并将所存储的组网数据信息发送给唤醒信号收发单元31。电池单元33电连接于唤醒信号收发单元31和第一组网处理单元32，以对唤醒信号收发单元31和第一组网处理单元32供电。

继续参见图5所示，在可选实施例中，便携式组网协助装置3还包括指令触发单元34，指令触发单元34电连接于第一组网处理单元32，指令触发单元34用于向第一组网处理单元32触发信息接收指令和信息发送指令，使得第一组网处理单元32在信息接收指令的触发下从唤醒信号收发单元31接收并存储组网数据信息，并在信息发送指令的触发下将所存储的组网数据信息发送给唤醒信号收发单元31。

其中，在可选实施例中，指令触发单元34可以为按键、触摸屏等能够通过手动或者信号触发的硬件组件或者软硬件相结合的组件。

继续参见图5所示，在可选实施例中，便携式组网协助装置3还包括状态提示单元35。状态提示单元35电连接于第一组网处理单元32，以从第一组网处理单元32接收并提示信息。其中，第一组网处理单元32还用于在存储组网数据信息成功时，向状态提示单元35发送信息存储成功信息，在存储组网数据信息失败时，向状态提示单元35发送信息存储失败信息。电池单元33还电连接于状态提示单元35以向状态提示单元35供电。

在可选实施例中，状态提示单元35可以为显示屏、指示灯、扬声器等至少其中之一，或者任一组合。

继续参见图5所示，在可选实施例中，便携式组网协助装置3还包括通讯监听单元36。通讯监听单元36与第一组网处理单元32电连接，通讯监听单元36用于根据第一组网处理单元32所存储的组网数据信息监听组网设备的入网通讯信息以确定组网设备是否入网成功，并在组网设备入网成功时向第一组网处理单元32发送入网成功信息。

其中，第一组网处理单元32还用于在接收到入网成功信息时，向状态提示单元35发送入网成功信息。电池单元33还电连接于通讯监听单元36以向通讯监听单元36供电。

其中，通讯监听单元36可以采用能够接收组网设备的无线通讯信号的射频模块并基于现有的无线通讯装置技术实现，此处不再赘述。

在可选实施例中，组网设备包括无线网关和无线节点设备。其中，无线网关和无线节点设备之间无线通讯连接，并通过便携式组网协助装置3与无线网关之间组网。

在上述便携式组网协助装置3的基础上，第二实施例还提供了一种无线传感器组网系统，如图6所示，包括无线网关1、无线节点设备2和便携式组网协助装置3，无线网关1和无线节点设备2之间无线通讯连接。其中，结合图1和图2所示，无线网关1具有一感应部11，当感应部11与便携式组网协助装置3之间的距离小于设定阈值时，无线网关1向便携式组网协助装置3发射载有组网数据信息的电磁波信号。无线节点设备2用于从便携式组网协助装置3接收载有组网数据信息的电磁波信号，并根据组网数据信息与无线网关1组网。

在可选实施例中，结合图2所示，无线网关1包括接近触碰感知单元12、唤醒信号发射单元13、网关射频通讯单元14和网关组网处理单元15。其中，接近触碰感知单元12设置于感应部11，用于在感应部11与便携式组网协助装置3之间的距离小于设定阈值时，产生触发信号。唤醒信号发射单元13用于在接收到唤醒指令时，发射载有组网数据信息的电磁波。网关射频通讯单元14用于从无线节点设备2接收组网请求信息，在与无线节点设备2组网成功后，产生组网成功信号，并与无线节点设备2建立双向通讯连接。网关组网处理单元15与接近触碰感知单元12、唤醒信号发射单元13和网关射频通讯单元14通信连接，网关组网处理单元15用于接收触发信号和网成功信号，并在接收到触发信号后向唤醒信号发射单元13发送唤醒指令，在接收到组网成功信号后关闭唤醒信号发射单元13。

在可选实施例中，结合图3所示，无线网关1还包括状态显示单元16。其中，状态显示单元16与网关组网处理单元15通信连接，状态显示单元16用于显示组网成功信息。其中，网关组网处理单元15还用于在接收到组网成功信号后，向状态显示单元16发送组网成功信息。

在可选实施例中，结合图4所示，无线节点设备2包括唤醒信号接收单元21、节点组网处理单元22、电源控制电路23、节点射频通讯单元24。其中，唤醒信号接收单元21用于接收载有组网数据信息的电磁波信号，将所接收的信号进行放大调整，之后，唤醒处于休眠期的节点组网处理单元22并向节点组网处理单元22转发组网数据信息。节点组网处理单元22与唤醒信号接收单元21通信连接，节点组网处理单元22用于在唤醒后接收并校验组网数据信息，在校验成功后，开启或保持电源控制电路23的供电状态，并向节点射频通讯单元24发送组网请求信息。电源控制电路23与节点组网处理单元22电连接，用于对无线节点设备2供电。节点射频通讯单元24与节点组网处理单元22通信连接并由电源控制电路23供电，节点射频通讯单元24用于向无线网关1发送组网请求信息，并与无线网关1建立双向通讯连接。

在可选实施例中，节点组网处理单元22还用于在校验失败后，进入休眠状态。

需要补充说明的是，第一实施例的技术方案可复用于第二实施例中，在第一实施例中所提及而在第二实施例中未被提及的方案仍然可适用于第二实施例。

本发明第二实施例的便携式组网协助装置和无线传感器组网系统中，利用唤醒信号收发单元进行组网数据信息的收发，利用第一组网处理单元进行组网数据信息存储，进而通过唤醒信号收发单元和第一组网处理单元所组成的便携式组网协助装置作为在无线网关和无线节点设备中间执行组网数据信息中转的便携式组网协助装置，在无线网关和无线节点设备各自已经固定，并在现场应用中传感器网络数量众多的情况下，实现了协助无线网关和无线节点设备之间的准确连接和分组，降低无线传感器网络的现场安装组网的难度并提高现场工作效率。本发明第二实施例的便携式组网协助装置和无线传感器组网系统特别适合于现场网络环境复杂的情况下使用。

第三实施例

第三实施例是在第一实施例和第二实施例的基础上的进一步扩展，第三实施例中所有组成部分均可复用第一实施例和第二实施例中相对应部分的功能。

如图7所示、本发明第三实施例中，提供了一种便携式控制装置4，包括功能按键单元41、第一信号收发单元42、信息提示单元43、执行单元44和电池单元45。其中，功能按键单元41用于根据按键的触发产生控制信号。第一信号收发单元42用于向无线传感器发送载有控制指令的电磁波信号并从无线传感器接收载有反馈信息的电磁波信号。信息提示单元43用于提示反馈信息。执行单元44与功能按键单元41、第一信号收发单元42和信息提示单元43电连接，执行单元22用于接收控制信号并根据控制信号产生控制指令并发送给第一信号收发单元42，并从第一信号收发单元42接收反馈信息并转发给信息提示单元43。电池单元45电连接于功能按键单元41、第一信号收发单元42、信息提示单元43和执行单元44，以对功能按键单元41、第一信号收发单元42、信息提示单元43和执行单元44供电。

其中，在可选实施例中，控制信号包括开机信号和关机信号；控制指令包括开机指令和关机指令；反馈信息包括开机成功信息和关机成功信息。

在可选实施例中，信息提示单元43可以为显示屏、指示灯、扬声器等至少其中之一，或者任一组合。

进一步地，在可选实施例中，功能按键单元41还用于根据按键的触发产生信息接收指令和信息发送指令。第一信号收发单元42还用于接收和发射载有组网数据信息的电磁波信号执行单元44还用于接收信息接收指令并在信息接收指令的触发下从第一信号收发单元42接收并存储组网数据信息，在存储组网数据信息成功时向信息提示单元43发送信息存储成功信息，在存储组网数据信息失败时，向信息提示单元43发送信息存储失败信息，以及，接收信息发送指令并在信息发送指令的触发下将所存储的组网数据信息发送给第一信号收发单元42。信息提示单元43还用于提示信息存储成功信息和信息存储失败信息。

继续参见图7所示，在可选实施例中，便携式控制装置4还包括通讯监听单元46，通讯监听单元46与执行单元44电连接，通讯监听单元46用于根据执行单元44所存储的组网数据信息监听组网设备的入网通讯信息以确定组网设备是否入网成功，并在组网设备入网成功时向执行单元44发送入网成功信息。其中，执行单元44还用于在接收到入网成功信息时，向信息提示单元43发送入网成功信息。信息提示单元43还用于提示入网成功信息。电池单元45还电连接于通讯监听单元46以向通讯监听单元46供电。

进一步地，在可选实施例中，组网设备包括无线网关和无线传感器。其中，无线网关和无线传感器之间无线通讯连接，并且无线传感器通过便携式控制装置4与无线网关之间组网。

结合图7和图5所示，在可选实施例中，第三实施例和第二实施例之间，功能按键单元41与指令触发单元34相对应并可执行与指令触发单元34相同的功能，第一信号收发单元42与唤醒信号收发单元31相对应并可执行与唤醒信号收发单元31相同的功能，信息提示单元43与状态提示单元35相对应并可执行与状态提示单元35相同的功能，执行单元44与第一组网处理单元32相对应并可执行与第一组网处理单元32相同的功能，电池单元45与电池单元33相对应并可执行与电池单元33相同的功能，通讯监听单元46与通讯监听单元36相对应并可执行与通讯监听单元36相同的功能。

在上述便携式控制装置4的基础上，第三实施例还提供了一种无线传感器控制系统，如图8所示，包括便携式控制装置4和无线传感器5。其中，无线传感器5用于从便携式控制装置4接收载有控制指令的电磁波信号，根据控制指令执行相应操作，并在操作成功和/或失败后向便携式控制装置4发送载有反馈信息的电磁波信号。

第三实施例还提供了另一种无线传感器控制系统，如图9所示，无线传感器控制系统还包括无线网关1。其中，结合图1和图2所示，无线网关1具有一感应部11，当感应部11与便携式控制装置4之间的距离小于设定阈值时，无线网关1向便携式控制装置4发射载有组网数据信息的电磁波信号。其中，无线传感器5还用于从便携式控制装置4接收载有组网数据信息的电磁波信号，并根据组网数据信息与无线网关1组网。

在可选实施例中，如图10所示，无线传感器5主要包括第二信号收发单元51、处理单元52和电源控制电路53。其中，第二信号收发单元51用于接收载有控制指令的电磁波信号，将所接收的信号进行放大调整，之后，唤醒处于休眠期的处理单元52，并向处于唤醒时的处理单元52转发控制指令，向便携式控制装置4发送载有反馈信息的电磁波信号。处理单元52与第二信号收发单元51通信连接，用于在唤醒时接收控制指令，根据控制指令开启或关闭电源控制电路53的供电状态，在开启或关闭电源控制电路53的供电状态成功时，向第二信号收发单元51发送关于开启或关闭成功的反馈信息，在开启或关闭电源控制电路的供电状态失败时，向第二信号收发单元51发送关于开启或关闭失败的反馈信息。电源控制电路53用于对无线传感器5供电。

继续参见图10所示，在可选实施例中，无线传感器5还包括节点射频通讯单元54。节点射频通讯单元54与处理单元52通信连接并由电源控制电路53供电，节点射频通讯单元54用于发送组网请求信息，并与无线网关1建立双向通讯连接。

结合图10和图4所示，在可选实施例中，第三实施例和第一实施例之间，无线传感器5与无线节点设备2相对应并可执行与无线节点设备2相同的功能。进一步具体地，第二信号收发单元51与唤醒信号接收单元21相对应并可执行与唤醒信号接收单元21相同的功能，处理单元52与节点组网处理单元22相对应并可执行与节点组网处理单元22相同的功能，节电射频通讯单元54与节电射频通讯单元24相对应并可执行与节电射频通讯单元24相同的功能，电源控制电路53与电源控制电路23相对应并可执行与电源控制电路23相同的功能。

在可选实施例中，结合图2、图3所示，无线网关1包括接近触碰感知单元12、组网信号发射单元(参考图2、图3所示中的唤醒信号发射单元13)、网关射频通讯单元14、网关组网处理单元15和状态显示单元16。其中，接近触碰感知单元12设置于感应部11，用于在感应部11与便携式控制装置4之间的距离小于设定阈值时，产生触发信号。组网信号发射单元用于在接收到组网数据发送指令时，发射载有组网数据信息的电磁波。网关射频通讯单元11用于从无线传感器5接收组网请求信息，在与无线传感器5组网成功后，产生组网成功信号，并与无线传感器5建立双向通讯连接。网关组网处理单元15与接近触碰感知单元12、组网信号发射单元和网关射频通讯单元14通信连接，网关组网处理单元15用于接收触发信号和组网成功信号，并在接收到触发信号后向组网信号发射单元发送组网数据发送指令，在接收到组网成功信号后，向状态显示单元16发送组网成功信息。状态显示单元16与网关组网处理单元15通信连接，用于显示组网成功信息。

从上述方案可以看出，本发明实施例的便携式控制装置和无线传感器控制系统中，利用由功能按键单元、第一信号收发单元、信息提示单元、执行单元和电池单元组成的便携式控制装置，通过向无线传感器发送载有控制指令的电磁波信号并从所述无线传感器接收载有反馈信息的电磁波信号，实现了在现场应用中通过无线控制方式方便快速地控制无线传感器的开启和关闭。并且，在此基础上，还可以利用其中的第一信号收发单元进行组网数据信息的收发，利用执行单元进行组网数据信息存储，进而通过便携式组网协助装置在无线网关和无线传感器中间执行组网数据信息中转，在无线网关和无线传感器各自已经固定，并在现场应用中传感器网络数量众多的情况下，实现了协助无线网关和无线传感器之间的准确连接和分组，降低了无线传感器网络的现场安装组网的难度并提高现场工作效率。本发明实施例的便携式控制装置和无线传感器控制系统特别适合于现场网络环境复杂的情况下使用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种无线传感器系统，其特征在于，包括：

无线网关和无线节点设备，所述无线网关和无线节点设备之间无线通讯连接；其中，

所述无线网关具有一感应部，当所述感应部与所述无线节点设备之间的距离小于设定阈值时，所述无线网关与所述无线节点设备组网，包括：在工业现场，当所述无线节点设备接触所述无线网关的所述感应部时，所述无线网关通过无线发射线圈向外发射无线电磁波能量，同时以电磁波为载体向外发射组网数据信息；由于此时所述无线节点设备与所述无线网关之间处于接触状态，所述无线节点设备的无线接收线圈接收相应的电磁能量，解析接收到的所述组网数据信息，如果所述组网数据信息中的组网识别码正确，则接收全部的所述组网数据信息，请求接入所述无线网关，并与所述无线网关建立双向连网；

其中，所述无线网关包括接近触碰感知单元，所述接近触碰感知单元设置于所述感应部，用于在所述感应部与所述无线节点设备之间的距离小于设定阈值时，产生触发信号；所述接近触碰感知单元包括：接近开关、感应开关、触摸开关、机械按键、拨动开关、压力开关、震动开关、应变开关、光电开关、电磁开关。

2.根据权利要求1所述无线传感器系统，其特征在于，所述无线网关还包括：

唤醒信号发射单元，所述唤醒信号发射单元用于在接收到唤醒指令时，发射载有组网数据信息的电磁波；

网关射频通讯单元，所述网关射频通讯单元用于从所述无线节点设备接收组网请求信息，在与所述无线节点设备组网成功后，产生组网成功信号，并与所述无线节点设备建立双向通讯连接；以及，

网关组网处理单元，所述网关组网处理单元与所述接近触碰感知单元、所述唤醒信号发射单元和所述网关射频通讯单元通信连接，所述网关组网处理单元用于接收所述触发信号和所述组网成功信号，并在接收到所述触发信号后向所述唤醒信号发射单元发送所述唤醒指令，在接收到所述组网成功信号后关闭所述唤醒信号发射单元。

3.根据权利要求2所述无线传感器系统，其特征在于，所述无线网关还包括：

状态显示单元，所述状态显示单元与所述网关组网处理单元通信连接，用于显示组网成功信息；

其中，所述网关组网处理单元，还用于在接收到所述组网成功信号后，向所述状态显示单元发送所述组网成功信息。

4.根据权利要求3所述的无线传感器系统，其特征在于：

所述网关组网处理单元，还用于在所述唤醒信号发射单元发射所述电磁波后的设定时间阈值范围内未收到所述组网成功信号时，关闭所述唤醒信号发射单元并停止所述网关射频通讯单元接收所述组网请求信息，并向所述状态显示单元发送组网失败信息；

所述状态显示单元，还用于显示所述组网失败信息。

5.根据权利要求1所述的无线传感器系统，其特征在于，所述无线节点设备包括：

唤醒信号接收单元，所述唤醒信号接收单元用于接收载有组网数据信息的电磁波信号，将所接收的信号进行放大调整，之后，唤醒处于休眠期的节点组网处理单元并向所述节点组网处理单元转发所述组网数据信息；

节点组网处理单元，所述节点组网处理单元与所述唤醒信号接收单元通信连接，用于在唤醒后接收并校验所述组网数据信息，在校验成功后，开启或保持电源控制电路的供电状态，并向节点射频通讯单元发送组网请求信息；

电源控制电路，所述电源控制电路与所述节点组网处理单元电连接，用于对所述无线节点设备供电；

节点射频通讯单元，所述节点射频通讯单元与所述节点组网处理单元通信连接并由所述电源控制电路供电，用于向所述无线网关发送所述组网请求信息，并与所述无线网关建立双向通讯连接。

6.根据权利要求5所述的无线传感器系统，其特征在于：

所述节点组网处理单元，还用于在校验失败后，进入休眠状态。

7.根据权利要求5所述的无线传感器系统，其特征在于：

所述组网数据信息包括所述无线网关的信道号和网关组号；

所述组网请求信息包括所述无线网关的信道号和网关组号。

8.根据权利要求5所述的无线传感器系统，其特征在于，所述无线节点设备还包括：

非易失存贮器，通信连接于所述节点组网处理单元，用于存储所述无线节点设备与所述无线网关的组网信息；

其中，所述节点组网处理单元，还用于在与所述无线网关组网成功后，将所述无线节点设备与所述无线网关的组网信息发送给所述非易失存贮器。

9.根据权利要求5至8任一项所述的无线传感器系统，其特征在于，所述无线节点设备为：

无线传感器节点、无线路由器和/或无线中继节点。