物联网微能源自采集MEMS传感预储存系统

摘要

本发明公开一种物联网微能源自采集MEMS传感预储存系统，包括：复合微能源电源模块、传感器模块、微处理器模块和无线收发模块，其中，所述微处理器模块用于协调所述WSN节点的工作，处理所述传感器模块发送的数据并控制所述无线收发模块的工作；所述无线收发模块用于所述WSN节点与其他WSN节点、所述WSN节点与网关以及所述WSN节点与云端间的数据通信。本发明中，对多个主要模块进行优化，即从多个角度降低整个系统的功耗，同时又提供了一种能有效为整个系统供电的复合微能源电源模块，从而保证了WSN节点电源的长期使用，提高了WSN节点的工作性能和稳定性。

主权项

一种物联网微能源自采集MEMS传感预储存系统，其特征在于，包括：复合微能源电源模块、传感器模块、微处理器模块和无线收发模块；其中，所述复合微能源电源模块用于向所述传感器模块、所述微处理器模块和所述无线收发模块供电；所述传感器模块用于采集被测目标的相关信息，并将该信息发送给所述微处理器模块；所述微处理器模块用于协调WSN节点的工作，处理所述传感器模块发送的数据并控制所述无线收发模块的工作；所述无线收发模块用于所述WSN节点与其他WSN节点、所述WSN节点与网关以及所述WSN节点与云端间的数据通信；其中，所述微处理器模块还用于：对接收到的来自所述传感器模块的数据依次进行数据级处理、特征级处理、融合级处理，并将融合级处理后的数据发送给云端；所述云端对接收到的所述融合级处理后的数据进行语义级处理；其中，所述数据级处理具体为：所述微处理器模块对所采集到的原始数据进行数据预处理后，选择性的进行分布式存储或集总式存储，并根据可用的资源状况，有针对性的进行数据备份，然后进行所述特征级处理；所述特征级处理为对接收到的数据依次进行特征提取、特征分析与选择、数据分类和优先级分类；特征级处理包括以下步骤：(1)经数据级处理的数据，根据提供数据的传感节点类型对数据进行特征提取；(2)然后，采用属于filter类型的特征选择算法对步骤(1)得到的数据进行特征分析与选择；(3)然后，按数据需求、数据属性、数据内容规则对步骤(2)得到的数据进行数据分类，得到不同类别的数据；(4)然后，对步骤(3)得到的不同类别的数据首先对类别进行数据传输的优先级排序，然后再对属于同一类别内的数据间进行传输的优先级排序，按优先级顺序进行所述融合级处理；所述融合级处理为对接收到的特征级处理后的数据依次进行敏感性分析、智能分级动态加密、以及关联分析与数据融合；融合级处理具体为：根据特征 级处理所获得的数据，首先需要对分类为敏感数据的部分进行加密，关联分析即为挖掘数据中的隐藏信息，以综合方式表示物体特性，同时根据某些关联规则对相关数据进行合并，这一级别的处理主要利用智能加密技术以及人工智能中的数据挖掘、数据融合技术，处理过程需要根据数据情况、运算资源状况在采集端和云端进行动态分配；其中，本级首先对从特征级接收到的经过优先级分类的数据进行敏感性分析，对于不同优先级、不同敏感性级别的进行分级加密，加密过程采用无密钥加密模式，减小泄漏密钥的风险，同时节省密钥管理与传送的成本；关联分析与数据融合：本级处理包含两级数据管理分析与融合，其中第一级关联分析与融合针对来自于不同传感节点的同一类型数据，而第二级关联分析与融合针对不同能源类型的数据进行综合分析；数据融合采用基于Dempster‑Shafer证据理论的融合算法，两级融合中均对相似数据进行合并压缩，第二级融合结果可直接作为能效管理的短期决策来源；数据反馈：两级数据融合过程中进行的数据合并与压缩信息反馈给数据级，定期以合并、压缩后的数据替代部分原始数据备份；所述语义级处理具体为：云端对接收到的经过融合级处理后的数据依次进行数据重构、模糊分类与语义分析，并对语义分析后的数据进行语义级压缩；语义级处理，主要功能为语义分析和信息压缩，包括数据重构、信息的语义表示、信息压缩编码；根据应用需求，对数据信息进行深层次分析至语义表达的级别，用于为数据融合的决策阶段提供依据，同时，按照特定的编码规则进行信息压缩，便于作为长期备份，提供长期综合数据分析的资源；这一级别的处理主要利用模糊识别、语义分析现代人工智能技术；具体的，包括：数据重构：本级首先根据融合级处理的输出结果、预定的标准语义库以及在执行过程中不断更新的参考语义库进行数据重构，从面对原始数据的分析转向面对接近于自然语言的语义表述的数据结构；模糊分类与语义分析：经过重构的数据在语义分析前先进行进化式核聚类模糊分类；模糊分类的结论用于语义级分析，分析目标为对数据的语义级表达；语义级表达为接近于自然语言的表达方式，可用于能效管理系统的直观输出，同时，由于参考语义库根据语义分析结果不断更新，因此语义级分析对采集数据的长期决策和未来趋势分析具有重要意义；语义级压缩：语义级压缩存储数据经语义分析后的结果而非原始数据信息，压缩后的数据量极小，可作为月级/年级的长期备份数据；其中，所述复合微能源电源模块包括：微型太阳能电池模块、微型环境振动能量采集模块、微型薄膜锂离子电池储能系统和微能量管理系统，其中，所述微能量管理系统用于根据负载和外界环境的变化智能化和最优化管理电能的储存和释放；其中，所述微型太阳能电池模块、所述微型环境振动能量采集模块、所述微型薄膜锂离子电池储能系统和所述微能量管理系统集成到所述复合微能源电源模块中，并且具有统一标准能量输出端口；其中，所述微型太阳能电池模块为硅光伏电池微能源系统；其中，所述微型环境振动能量采集模块包括压电能量转换模块和可变电容；其中，所述微型薄膜锂离子电池储能系统采用全固态薄膜锂离子电池；其中，所述微能量管理系统所使用的管理芯片为MAX1586B；其中，所述无线收发模块包括：发射机和接收机，其中，所述发射机包括：依次相连的数模转换器、重构滤波器和功率放大器；所述接收机包括依次相连 的模数转换器、低噪声放大器、混频器和抗混叠滤波器。