一种基于高分子材料湿度传感器的信息传输系统

1.本发明涉及一种基于高分子材料湿度传感器的信息传输系统，属于基于传感器的信息传输技术领域。


背景技术：

2.湿度传感器广泛应用于航空航天、医疗保健、工业过程控制、农业生产以及食品储存中，并在这些领域中发挥越来越重要的作用。例如：对于人体，最佳的湿度范围为45％-60％rh。手术室、监测室以及珍贵文物均需控制湿度。湿度传感器主要有电阻型、电容型以及质量-频率型湿度传感器。基于压电效应的质量-频率型石英晶体微天平(quartz crystal microbalance，qcm)，具有结构简单、成本低、功低耗、灵敏度高以及检测精度高达纳克级的优势。qcm传感器制备过程涉及敏感材料选择以及合理检测方法是决定传感器采集精度。首先，在材料选择方面，主要考虑水分子高吸附、环境友好和易制备。目前，湿度敏感材料以合成高分子溶液为主，通过将聚乙烯酰胺、聚丙烯酰胺等材料直接通过滴涂或喷涂方式成膜于qcm表面制备湿度传感器。合成高分子的制备依赖于石油化工工业，使用后不能回收降解，近年来从生物质材料中提取的天然高分子材料因其亲水性、绿色性及可回收性，逐渐代替合成高分子材料。由于高分子存在很多羟基或羧基，能吸附水蒸气分子，然而这种材料当环境湿度由高湿度向低湿度转变时，存在严重的湿滞现象。改善的具体方式是通过掺杂纳米碳材料，将石墨烯、单臂碳纳米管、多臂碳纳米管等材料掺杂进高分子溶液中，提高机械性能的同时解决高分子因能量耗散较大而无法使用的问题。此外，湿度传感器的信息传输方式存在数据处理效率低、传输效率低、可扩展性差及功耗较高的技术现状。
3.因此，从高性能湿度传感器材料制备及信息传输角度出发，一方面，研究高灵敏、快响应材料制备湿度传感器，致力于解决qcm传感器制备的湿滞现象；另一方面，提升传感器采集及数据传输的效率。本技术致力于探索基于高精度、快响应的湿度传感器的高效信息传输方式。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决高准确度、快响应湿度传感器的信息传输存在有效性差以及传输效率低的技术缺陷，提出了一种基于高分子材料湿度传感器的信息传输系统与方法。
5.为了达到上述目的，本发明采取如下技术方案：
6.所述基于高分子材料湿度传感器的信息传输系统，包括多个簇，每个簇包括多个节点，且其中一个为簇间节点，其余为簇内节点；
7.所述簇间节点，即簇中心节点；
8.簇间节点，包括：信息封装单元、第一电源单元、第一节点初始化单元、路由表建立单元、第一数据传输单元、第一加权距离计算单元、路由更新单元、判决单元以及信息显示模块；
9.簇内节点，包括：信息采集单元、第二数据传输单元、第二电源单元、第二节点初始化单元、第二加权距离计算单元及簇中心节点寻找单元；
10.信息采集单元，包括湿度传感器与频率计；
11.信息封装单元包括湿度传感器、频率计以及封装单元；
12.第一数据传输单元和第二数据传输单元中包括终端和协调器；
13.所述封装单元、第一节点初始化单元、路由表建立单元、第一数据传输单元、路由更新单元及判决单元位于簇间节点处理器中；所述信息采集单元、第二数据传输单元、第二节点初始化单元、加权距离计算单元及簇中心节点寻找单元位于簇内节点处理器中；
14.所述湿度传感器通过基于绿色高分子材料制备微球、微球沉积液、涂覆于石英晶体微天平表面并干燥得到；
15.对簇间节点，信息显示模块与第一数据传输单元相连；第一电源单元与信息封装单元、路由表建立单元、第一数据传输单元、路由更新单元及判决单元相连，信息封装单元与第一数据传输单元相连，节点初始化单元与路由更新单元相连，路由表建立单元与路由更新单元相连、路由更新单元与判决单元相连；
16.对簇内节点，第二电源单元与信息采集单元、第二数据传输单元相连，信息采集单元与第二数据传输单元相连，第二节点初始化单元与加权距离计算单元相连，第二加权距离计算单元与簇中心节点寻找单元相连；
17.第一电源单元对簇间节点的处理器供电，具体为信息封装单元、第一节点初始化单元、路由表建立单元、第一数据传输单元、第一加权距离计算单元、路由更新单元及判决单元供电；
18.第二电源单元对簇内节点的处理器供电，具体为信息采集单元、第二数据传输单元、第二节点初始化单元、第二加权距离计算单元及簇中心节点寻找单元供电；
19.信息采集单元接收传感器采集的所处地点湿度信息；信息封装单元对簇间节点辖区范围内簇内节点传感器采集的湿度信息与自带湿度传感器采集的湿度信息一起封装打包形成簇内信息；
20.所述封装打包，具体为：不限于对采集信息去噪与压缩以及将簇间节点id、簇内节点id组帧入簇内信息；
21.第一节点初始化单元初始化簇间节点id、传输距离以及能量；第二节点初始化单元初始化簇内节点id、传输距离以及能量；
22.加权距离计算单元对传输距离以及能量进行加权，计算加权距离并将加权距离发给簇中心节点寻找单元；
23.簇中心节点寻找单元找到加权距离最优的节点，该节点即簇中心节点，将该节点id发给第二数据传输单元；
24.第二数据传输单元将簇内节点的信息采集单元采集来的信息发送给簇间节点；
25.第一数据传输单元接收各簇内节点的第二数据传输单元发送来的信息并传输给数据封装单元，数据封装单元将组帧好的簇内信息，按照路由表建立单元中的路由把簇内信息发送给对应的簇中心节点；
26.所述每个簇间节点的第一数据传输单元将信息传输给信息显示模块；
27.路由表建立单元搜集邻居簇间节点信息并建立当前簇间节点的路由，将相应节点
id、距离及能量信息传输至路由更新单元寻找与更新；
28.路由更新单元将寻找到的簇中心节点id，发送给第一数据传输单元，该第一数据传输单元将簇内信息发送给对应簇间节点；
29.判决单元判决邻居簇间节点的能量是否足够用于传输信息确定该邻居节点是否进入路由；所述邻居簇间节点判决邻居簇能量判决与邻居侧判决，具体为：判断该节点是否具有邻居簇中心节点，若有则传递信息，无则抛弃数据包；所述能量判决在邻居簇能量判决子单元中实现，具体判断是否具有足够的能量传递数据，有则进入邻居簇判决，否则将路由删除；
30.所述基于高分子材料湿度传感器的信息传输方法，包括簇内节点和簇间节点的信息传输两部分；
31.其中，簇内节点的信息传输，包括如下内容：
32.簇内节点信息采集单元内的湿度传感器对所处地点湿度信息进行探测和采集，频率计对探测和采集到的信息进行计数并编码得到频率信息，再将频率信息传输至第二数据传输单元；
33.第二节点初始化单元对簇内节点id、传输距离以及能量进行初始化，并将初始化信息发送给第二加权距离计算单元；
34.第二加权距离计算单元计算加权距离并将加权距离发给簇中心节点寻找单元；
35.簇中心节点寻找单元比对簇内节点的加权距离，得出最优簇内节点，并称该簇内节点为簇中心节点，把该节点id作为该簇的簇间节点id反馈给第二数据传输单元；
36.所有簇内节点的第二数据传输单元依据簇间节点id信息采集单元内采集的传感信息传输给簇间节点；
37.所述传感信息传输给簇间节点，具体为：发送至簇间节点的第一数据传输单元；
38.簇间节点的信息传输，包括如下内容：
39.所述第一数据传输单元根据判决单元的判断结果以及路由表建立单元的路由将频率信息及节点信息传输至对应簇间节点且该第一数据传输单元将信息传输给信息显示模块，具体为：第一数据传输单元接收各簇内节点的第二数据传输单元发送来的信息并传输给数据封装单元，数据封装单元将组帧好的簇内信息数据包按照路由表建立单元建立的路由把簇内信息发送给对应的簇中心节点；
40.簇间节点信息封装单元内的湿度传感器对所处地点湿度信息进行探测和采集，频率计对探测和采集到的信息进行计数并编码得到频率信息、同时将本簇内其余簇内节点传输来的信息与本节点采集到的信息一同封装打包，再将组成的簇内信息传输至第一数据传输单元；
41.所述封装打包，具体为:对采集信息去噪与压缩以及将簇间节点id、簇内节点id组帧以紧凑帧格式形成簇内信息数据包；
42.所述路由表建立单元收集簇节点信息并依据当前邻居簇节点信息建立路由，具体为：路由表建立单元搜集邻居簇间节点信息，收集第一加权距离计算单元传输来的节点id、距离及能量信息，并建立当前簇间节点的路由，将相应信息传输至路由更新单元；
43.路由更新单元将路由表建立单元发送来的路由信息给邻居簇能量判决；
44.判决单元判决邻居簇间节点的能量是否足够用于传输信息确定该邻居节点是否
进入路由；
45.所述邻居簇间节点判决邻居簇能量判决与邻居侧判决，具体为：判断该节点是否具有邻居簇中心节点，若有则传递信息，无则抛弃数据包；所述能量判决在邻居簇能量判决子单元中实现，具体判断是否具有足够的能量传递数据，有则进入邻居簇判决，否则将路由删除；
46.判决单元判断簇中心移动，若移动，则将移动后簇中心节点的节点id、距离及能量信息传输给第一加权距离计算单元；此外，还进行邻居簇判决，判决邻居是否是目的节点，如果是，则将目的节点id记录进路由表；否则继续依据加权距离寻找邻居簇节点，并继续判断是否寻找的邻居簇节点是目的节点，直至邻居簇节点是目的节点位置，将判决单元得出的邻居簇节点id及加权距离信息传输给路由更新单元更新路由，也传输给第一加权距离计算单元用于将建立的路由传输至路由表建立单元。
47.有益效果
48.本发明提出的一种基于高分子材料湿度传感器的信息传输系统，与现有湿度传感器的信息传输系统相比，具有如下有益效果：
49.1.所述系统依托于制备的高准确度、快响应湿度传感器，使得对校验码选择降低要求；
50.2.所述系统通过簇内节点的高效传输以及簇间节点的紧凑帧格式，实现了快速而高效的数据封装；
51.3.所述系统通过处理器传输信息、建立路由与判决；一方面实现了基于qcm传感器采集的复杂数据处理与封装；另一方面由于传感器高准确性，采用简易的数据传输协议，传输速度与接收处理速度更加迅速；
52.4.所述系统使用簇节点的方式进行数据采集和传输，簇内多对一传输数据，节省功耗，同时簇间节点传输考虑能量与最短加权路径，同样降低了传输功耗。
附图说明
53.图1为本发明一种基于高分子材料湿度传感器的信息传输系统的簇内节点结构示意图；
54.图2为本发明一种基于高分子材料湿度传感器的信息传输系统的簇间节点结构示意图；
55.图3为本发明一种基于高分子材料湿度传感器的信息传输系统的组成示意图；
56.图4为本发明方法依托湿度传感器的多固定点可调测平台；
57.图5为本发明方法依托湿度传感器的从低湿度到高湿度再降低湿度计算得到的湿滞回线；
58.图6为簇内节点湿度信息的显示样式；
59.图7为簇间节点湿度信息在不同设备上的显示样式；
60.图8为本发明一种基于高分子材料湿度传感器的信息传输系统的工作流程图；
61.图9为本发明一种基于高分子材料湿度传感器的信息传输系统的簇间节点信息传递图。
具体实施方式
62.下面结合实施例及附图对本发明一种基于高分子材料湿度传感器的信息传输系统进行详细阐述。
63.实施例1
64.本实施例阐述了基于高分子材料的灵敏度为24.3hz/％rh，响应时间为30秒的灵敏度高、响应快的湿度传感器制备。
65.依托的高分子材料湿度传感器的制备过程，包括如下步骤：
66.步骤1、制备微球，具体包括如下子步骤：
67.步骤1.1、在适宜温度下，将亲水聚合物以一定质量浓度范围搅拌并溶解到水中，得到聚合物溶液；
68.其中，所述亲水性聚合物包括一种或多种下列天然高分子：海藻酸钠及其衍生物、可溶性壳聚糖衍生物、可溶性淀粉衍生物、琼脂、卡拉胶、黄原胶、果胶、结冷胶、阿拉伯胶、聚谷氨酸、透明质酸、胶原、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯酰胺类、聚丙烯酸酯类以及聚丙烯酰胺类；优选地，所述亲水性聚合物优选为海藻酸钠、聚谷氨酸或透明质酸；亲水性聚合物溶解到水中的质量浓度优选为1～6％；
69.所述可溶性纤维素衍生物包括但不限于羧甲基纤维素钠；可溶性壳聚糖衍生物包括但不限于羧甲基壳聚糖钠；可溶性淀粉衍生物包括但不限于羧甲基淀粉钠；
70.步骤1.2、将交联剂水溶液加入聚合物溶液中继续搅拌k分钟；
71.优选地，所述交联剂为碳酸钙、硫酸钙、氯化钙、葡糖糖酸钙、磷酸钙、碳酸铁、氯化铁、硫酸铁；交联剂水溶液中交联剂的质量浓度优选为10％～25％，交联剂水溶液占聚合物溶液质量优选为5％～20％；
72.步骤1.3、加入油相和乳化剂，并二次搅拌并形成均匀稳定的乳液；
73.其中，所述油相为蓖麻油、大豆油、茶籽油、花生油、橄榄油中的一种或混合；
74.步骤1.4、在乳液中加入酸性化合物，三次搅拌得到聚合物乳液；
75.所述酸性化合物为盐酸、硫酸、磷酸、乳酸中的一种或多种的复配物；所述油相优选为蓖麻油、大豆油、茶籽油、花生油、橄榄油，油相与聚合物溶液质量的比值优选为5：1；所述的乳化剂优选为span 80、tween-80，乳化剂占聚合物溶液质量优选为3％；优选地，所述酸性化合物盐酸、醋酸，酸性溶液占聚合物溶液质量优选为5％～10％；
76.步骤1.5、将步骤1.4得到的聚合物乳液进行离心得到微球固体；
77.所述聚合物乳液离心速度范围为1000/分钟到10000转/分钟；具体实施时，优选为3000转/分钟～8000转/分钟；
78.步骤1.6、将微球固体经乙醇洗涤沉淀，再将沉淀物用中速滤纸抽滤，烘干得到微球；
79.步骤2、制备微球沉积液；
80.优选地微球沉积液为水或乙醇；
81.步骤3、将微球沉积液涂覆于石英晶体微天平表面并将微球沉积液干燥得到湿度传感器；
82.所述涂覆于石英晶体微天平表面，具体通过微球沉积液涂覆将滤液涂覆于石英晶体微天平表面；所述微球沉积液涂覆方式为滴涂或者在氦气气流中喷涂；
83.步骤3，具体包括如下子步骤：
84.步骤3.a、将微球分散到沉积液中，并将沉积液通过滤头过滤得到滤液；
85.步骤3.b、将步骤3.a得到的滤液涂覆于石英晶体微天平表面并将石英晶体微天平上的微球沉积液干燥得到湿度传感器；
86.所述微球沉积液涂覆为滴涂或在氦气气流中喷涂；
87.所述微球沉积液涂覆方法优选为滴涂或者在氦气气流中喷涂，所述微球沉积液干燥条件优选为真空干燥或在低于40℃下的恒温箱中干燥。
88.至此，从步骤1到步骤3，完成了基于绿色高分子材料的湿度传感器的制备。
89.进一步，阐述了本实施例制备湿度传感器的良好湿滞特性。
90.湿滞特性用于衡量湿度测试器件的好坏。在大部分情况下，湿度测量器件在吸湿和脱湿过程中，对于同一湿度点的响应值并不相同。湿滞值的定义：同一湿度值在湿度升高和湿度降低两个过程中对应湿度响应值的差；湿滞值越小，意味着湿度传感器的湿度测试性能更优。搭建可调湿度传感器的测试转置，如图4所示。图4中，利用多个盛有饱和盐溶液的密闭容器，通过测试罐阀门和管道与被测湿度传感器连接，打开其中一对阀门，可使测试罐和湿度溶液即与饱和盐溶液容器间构成通路，气泵使空气在通路中循环，即可实现试验室内湿度的升高或降低，并达到新的湿度平衡。测量通过改变湿度溶液连接的湿度传感器在静态响应下进行。其中，氯化锂(licl
·
h2o)、氯化镁(mgcl2·
6h2o)、碳酸钾(k2co3)、氯化钠(nacl)和硫酸钾(k2so4)的饱和溶液在25℃中的相对湿度分别为11％、33％、43％、58％、75％、85％和97％；相对湿度标定测试通过不同rh水平的响应/恢复循环进行：每个响应/恢复周期在给定相对湿度下以300s的响应间隔进行，然后在11％rh下以300s的恢复间隔进行。以qcm传感器接触licl的频率为基准，评价被测qcm传感器的性能。实验测试得到：从低湿度到高湿度再降低湿度计算得到的湿滞回线，如图5所示，可看出所述方法依托的湿度传感器几乎不存在湿滞现象。
91.实施例2
92.本实施例阐述了本发明基于湿度传感器实现高效数据采集与传输的过程。具体在大规模的复杂网络如大型农场农田中，面积可达上千公顷，需要成千上万个节点的实施。其中，多节点依托的系统组成示意如图3所示。
93.具体实施时，成千上万个节点中的每个节点具有两种工作模式：簇内节点和簇间节点；在簇内节点模式，该节点实施时，包括：信息采集单元、第二数据传输单元、第二节点初始化单元、第二加权距离计算单元及簇中心节点寻找单元；簇间节点模式，具体实施时，包括：信息显示模块、信息封装单元、第一电源单元、第一节点初始化单元、路由表建立单元、第一数据传输单元、第一加权距离计算单元、路由更新单元、判决单元；信息显示模块与第一数据传输单元相连；
94.所述系统具体实施时，含有多个簇，每个簇中的节点，一个为簇间节点模式，即簇中心节点；其余节点为簇内节点模式。簇内节点模式下，所述信息采集单元包括湿度传感器与频率计；簇间节点模式下，所述信息封装单元包括湿度传感器、频率计及封装单元；其中，封装单元进行封装组帧；信息显示模块位于处理器外，接收第一数据传输单元传输来的信息；信息封装单元、第一节点初始化单元、路由表建立单元、第一数据传输单元、第一加权距离计算单元、路由更新单元、判决单元位于处理器内；
95.所述第一及第二数据传输单元包括终端和协调器；数据传输及信息显示采用zigbee、wifi及蓝牙通信的一种。
96.具体实施时，所述簇间节点的处理器使用型号为zynq7020的fpga且路由更新单元、路由表建立单元、判决单元都通过处理器实现；第一数据传输单元采用lrf215单元，具体为：终端为lrf215a，协调器为lrf215u。
97.具体实施时，所有节点为30个，其中，5个节点为簇间节点模式；25个节点为簇内节点，簇间节点和簇内节点均采用所述步骤1到3制备的湿度传感器精确采集所处地点的湿度，与传统最小距离路由方法不同，本发明所述方法当传输路径上某个节点能量过低或能量为零时，该节点失效最终导致传输失败，这将大大影响传输效率。尤其是在大规模网络如森林中，传输效率降低将对网络性能造成明显的打击；而本技术所述方法将节点间距离及节点能量进行加权，甚至具体实施时，增加加权项，将环境信息因子引入，共同生成加权距离，再依据此加权距离，选择加权距离最短传输路径的节点作为簇间节点，该簇间节点id经第二数据传输单元传输给第一数据传输单元；第一数据传输单元将簇间节点id传输给路由表建立单元和路由更新单元；与簇内节点联合，将明显增强仅考虑传输距离的传输可靠性；同时降低了能量消耗即在节点能量低的情况下也能完成传输。
98.实施例3
99.本实施例阐述了本发明基于湿度传感器高效数据采集与传输过程中处理器的具体操作与实施。处理器采用fpga，实现频率计、第一节点初始化单元、路由表建立单元、路由更新单元以及判决单元的功能，这些单元均集成于处理器内部，因与外部连线减少，使得节点内部数据传输更迅速和稳定。处理器首先作为频率计与qcm湿度传感器通过串口协议相连接，通过串口得到湿度对应的频率信息，并通过添加校验信息及多路由传输，实现湿度信息的低误码传输且确保高的传输效率，如图8所示：簇内节点通过湿度传感器采集湿度信息，经处理器内频率计得到频率信息后，簇内节点初始化单元进行节点设置，设置信息包含该节点的能量、id、最大传输距离；初始化完成后，节点信息发送至簇中心节点寻找单元，簇间节点的路由更新单元根据节点信息对节点间的加权距离进行计算，得到节点加权间距后将结果发送至簇中心节点寻找单元，簇内节点寻找到本簇的簇中心节点后，将本节点的信息发送至簇中心节点，即簇间节点。簇间节点接收完本簇内簇内节点的信息后，通过信息封装单元将本簇内的传感信息封装为一帧数据格式、信息封装后进入第一数据传输单元。
100.图9为所述种基于高分子材料湿度传感器的信息传输方法依托系统的簇间节点信息传递图；初始化完成后，将相应信息传递至路由更新单元，路由更新单元根据节点的初始化信息对传输距离进行加权计算，并将加权距离计算结果传输至路由表建立单元。路由表建立单元完成本节点及邻居节点信息的收集后建立当前节点路由信息并将相应的信息都传递至路由更新单元的簇中心节点寻找单元；簇中心节点寻找单元将信息传递至判决单元，判决单元分别进行邻居簇判决以及邻居簇能量判决。邻居判决判断该节点是否具有邻居节点，若有则传递信息，无则抛弃数据包。邻居能量判决负责判断邻居节点是否具有足够能量传递数据，有则进入数据传输，否则将该路由删除。判断节点后，进行簇间节点与簇间节点间的高效数据传输和通信。
101.本实例中，使用lrf系列芯片实现无线通信，这一节点的终端负责发送数据，作为邻居簇中心节点的下一节点的协调器负责接收数据。如果没有邻居节点，则将数据传输至
信息显示模块；信息显示模块具体实施时，可为移动设备如手机、平板等，也可是pc机等固定设备，该模块通过频率-湿度拟合曲线将传达的频率信息最终转化为湿度值展示。图6和图7分别为簇内节点和簇间节点的湿度信息在不同设备上的显示样式。
102.信息传输方法，依托的系统包括多个簇，每个簇包括多个节点，其中一个为簇间节点(簇中心节点)，其余为簇内节点。簇间节点包括：信息封装单元、电源单元、节点初始化单元、路由表建立单元、数据传输单元、路由更新单元、判决单元；簇内节点包括：信息采集单元、数据传输单元、电源单元、节点初始化单元、加权距离计算单元；
103.所述信息采集单元、信息封装单元包括湿度传感器与频率计，数据传输单元包括终端和协调器；且所述信息采集与封装单元中的频率计、节点初始化单元、路由表建立单元、路由更新单元以及判决单元位于处理器中；
104.所述湿度传感器，即通过步骤1到步骤3，制备完成的基于绿色高分子材料的湿度传感器；
105.对簇间节点，电源单元与信息封装单元、路由表建立单元、数据传输单元、路由更新单元及判决单元相连，信息封装单元与数据传输单元相连，节点初始化单元与路由更新单元相连，路由表建立单元与路由更新单元相连、路由更新单元与判决单元相连；
106.对簇内节点，电源单元与信息采集单元、路由表建立单元、数据传输单元、路由更新单元相连，信息封装单元与数据传输单元相连，节点初始化单元与路由更新单元相连，路由表建立单元与路由更新单元相连；
107.所述湿度传感器的信息传输方法，包括如下步骤：
108.s1、簇内节点信息采集单元内的湿度传感器对所处地点湿度信息进行探测和采集，频率计对探测和采集到的信息进行计数并编码得到频率信息，再将频率信息传输至数据传输单元；
109.s2、节点初始化单元对簇内节点id、传输距离以及能量进行初始化，并将初始化信息发送给路由更新单元；
110.s3、路由更新单元计算加权距离并将加权距离信息发送至簇中心节点寻找单元；
111.s4、簇内节点根据簇中心节点寻找单元得到的簇间节点信息，将传感信息发送至簇间节点；
112.从s1到s4，完成了一个簇内节点的信息局部传输
113.s5、簇间节点信息封装单元内的传感器对所处地点湿度信息进行探测和采集，频率计对探测和采集到的信息进行计数并编码得到频率信息、同时将本簇内其余簇内节点传输来的信息与本节点采集到的信息一同封装打包、再将频率信息传输至数据传输单元
114.s6、路由表建立单元搜集邻居簇间节点信息并建立当前节点的路由，将相应节点id、距离及能量信息传输至路由更新单元的簇中心节点寻找单元；
115.s7、簇中心节点寻找单元将当前节点及邻居簇中心节点选择后，进入判决单元进行邻居及能量判决；
116.所述邻居判决邻居簇能量判决与邻居测判决，具体判断该节点是否具有邻居簇中心节点，若有则传递信息，无则抛弃数据包；所述能量判决在邻居簇能量判决子单元中实现，具体判断是否具有足够的能量传递数据，有则进入邻居簇判决，否则将路由删除；
117.s8、数据传输单元内的协调器接收到频率信息，根据判决单元判断结果，将频率信
息及节点信息发送给邻居簇中心节点，直至节点间传输完成；
118.至此，从s5到s8，完成了一个邻居簇节点的信息传输；
119.s9、信息显示模块接收所有节点传输来的频率信息及节点信息，编码并显示收到的信息。
120.因此，本发明基于高分子材料的湿度传感器的信息传输系统，基于制备的灵敏度高、响应时间短、绿色可回收湿度传感器，用于航空航天、医疗保健、工业生产等等各领域的监测，监测人体、文物、各类环境、大型精密仪器以及工业生产过程的湿度探测与监控。

技术特征：
1.一种基于高分子材料湿度传感器的信息传输系统，包括多个簇，每个簇包括多个节点，且其中一个为簇间节点，其余为簇内节点；所述簇间节点，即簇中心节点；其特征在于：簇间节点，包括：信息封装单元、第一电源单元、第一节点初始化单元、路由表建立单元、第一数据传输单元、第一加权距离计算单元、路由更新单元、判决单元以及信息显示模块；簇内节点，包括：信息采集单元、第二数据传输单元、第二电源单元、第二节点初始化单元、第二加权距离计算单元及簇中心节点寻找单元；信息采集单元，包括湿度传感器与频率计；信息封装单元包括湿度传感器、频率计以及封装单元；第一数据传输单元和第二数据传输单元中包括终端和协调器；所述封装单元、第一节点初始化单元、路由表建立单元、第一数据传输单元、路由更新单元及判决单元位于簇间节点处理器中；所述信息采集单元、第二数据传输单元、第二节点初始化单元、加权距离计算单元及簇中心节点寻找单元位于簇内节点处理器中；所述湿度传感器通过基于绿色高分子材料制备微球、微球沉积液、涂覆于石英晶体微天平表面并干燥得到；对簇间节点，信息显示模块与第一数据传输单元相连；第一电源单元与信息封装单元、路由表建立单元、第一数据传输单元、路由更新单元及判决单元相连，信息封装单元与第一数据传输单元相连，节点初始化单元与路由更新单元相连，路由表建立单元与路由更新单元相连、路由更新单元与判决单元相连；对簇内节点，第二电源单元与信息采集单元、第二数据传输单元相连，信息采集单元与第二数据传输单元相连，第二节点初始化单元与加权距离计算单元相连，第二加权距离计算单元与簇中心节点寻找单元相连；第一电源单元对簇间节点的处理器供电，具体为信息封装单元、第一节点初始化单元、路由表建立单元、第一数据传输单元、第一加权距离计算单元、路由更新单元及判决单元供电；第二电源单元对簇内节点的处理器供电，具体为信息采集单元、第二数据传输单元、第二节点初始化单元、第二加权距离计算单元及簇中心节点寻找单元供电；信息采集单元接收传感器采集的所处地点湿度信息；信息封装单元对簇间节点辖区范围内簇内节点传感器采集的湿度信息与自带湿度传感器采集的湿度信息一起封装打包形成簇内信息。2.根据权利要求1所述的一种基于高分子材料湿度传感器的信息传输系统，其特征在于：所述封装打包，具体为：不限于对采集信息去噪与压缩以及将簇间节点id、簇内节点id组帧入簇内信息。3.根据权利要求1所述的一种基于高分子材料湿度传感器的信息传输系统，其特征在于：第一节点初始化单元初始化簇间节点id、传输距离以及能量；第二节点初始化单元初始化簇内节点id、传输距离以及能量。4.根据权利要求1所述的一种基于高分子材料湿度传感器的信息传输系统，其特征在于：加权距离计算单元对传输距离以及能量进行加权，计算加权距离并将加权距离发给簇中心节点寻找单元；簇中心节点寻找单元找到加权距离最优的节点，该节点即簇中心节点，将该节点id发给第二数据传输单元。5.根据权利要求1所述的一种基于高分子材料湿度传感器的信息传输系统，其特征在于：第二数据传输单元将簇内节点的信息采集单元采集来的信息发送给簇间节点；第一数据传输单元接收各簇内节点的第二数据传输单元发送来的信息并传输给数据封装单元，数
据封装单元将组帧好的簇内信息，按照路由表建立单元中的路由把簇内信息发送给对应的簇中心节点。6.根据权利要求1所述的一种基于高分子材料湿度传感器的信息传输系统，其特征在于：所述每个簇的簇间节点的第一数据传输单元将信息传输给信息显示模块。7.根据权利要求1所述的一种基于高分子材料湿度传感器的信息传输系统，其特征在于：路由表建立单元搜集邻居簇间节点信息并建立当前簇间节点的路由，将相应节点id、距离及能量信息传输至路由更新单元寻找与更新；路由更新单元将寻找到的簇中心节点id，发送给第一数据传输单元，该第一数据传输单元将簇内信息发送给对应簇间节点。8.根据权利要求1所述的一种基于高分子材料湿度传感器的信息传输系统，其特征在于：判决单元判决邻居簇间节点的能量是否足够用于传输信息确定该邻居节点是否进入路由；所述邻居簇间节点判决邻居簇能量判决与邻居侧判决，具体为：判断该节点是否具有邻居簇中心节点，若有则传递信息，无则抛弃数据包；所述能量判决在邻居簇能量判决子单元中实现，具体判断是否具有足够的能量传递数据，有则进入邻居簇判决，否则将路由删除。

技术总结
本发明涉及一种基于高分子材料湿度传感器的信息传输系统，属于基于传感器的信息传输技术领域。所述系统包括信息采集单元、信息封装单元、节点初始化单元、路由表建立单元、数据传输单元、加权距离计算单元、路由更新单元、判决单元及信息显示模块及簇中心节点寻找单元；所述方法包括：采集所处湿度信息，对采集到的信息计数并编码得到频率信息，再传输至数据传输单元；数据传输单元根据判决单元的判断结果及路由表建立单元的路由将将频率信息及节点信息传输至对应簇间节点且该数据传输单元将信息传输给信息显示模块；所述系统对校验码选择降低，实现了快速而高效的数据封装；使传输与接收处理速度更加迅速，降低了传输功耗。降低了传输功耗。降低了传输功耗。


技术研发人员：冯立辉 陈煜 卢继华 李东伟
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2022.02.21
技术公布日：2022/5/25