一種用於有毒氣體探測的無線傳感器網絡系統的製作方法
2023-07-10 02:18:56
專利名稱：一種用於有毒氣體探測的無線傳感器網絡系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及無線傳感器網絡，具體地說是一種用於有毒氣體探測的無線傳感 器網絡系統。
背景技術：
現有的對有毒氣體的檢測，通常是有毒氣體檢測器單個使用時，而現有這種 有毒氣體檢測器單個使用，無法確定有毒氣體的洩漏源及其擴散趨勢的問題。
發明內容
本發明的目的是提供一種用於有毒氣體探測的無線傳感器網絡系統。 本發明要解決的是現有有毒氣體檢測器單個使用時，無法確定有毒氣體的洩 漏源及其擴散趨勢的問題。本發明的技術方案是本發明為一個包括有毒氣體傳感器、無線終端和無線 接收端機的自組織的多跳無線傳感器網絡系統，它由大量有毒氣體傳感器、大量 無線終端和一個無線接收端機構成；有毒氣體傳感器負責檢測周圍空氣中的有毒 氣體濃度，將檢測結果以數位訊號方式輸出；每個無線終端通過RS-232串口與 一個有毒氣體傳感器連接，按照指定時間間隔周期性的查詢有毒氣體傳感器的檢 測結果，通過自組織形成的多跳無線路由將檢測結果上報給無線接收端機；無線 接收端機負責系統的協調、傳感器檢測結果信息的顯示與儲存，對所有的上報數 據進行多節點信息融合處理，分析有毒氣體的洩漏源及其擴散趨勢。有毒氣體傳感器和無線終端的數量以及布設位置根據檢測區域大小、上報數據的實時性要求 和分析結果的準確性要求綜合確定，無線接收設備布設在指控中心。本發明中可以及時準確的報告探測到的空氣中是否含有有毒氣體及其濃 度，並且通過對多節點上報信息的融合處理，分析出有毒氣體的洩漏源及其擴展 趨勢，有助於有關部門在最短的時間內排除有毒氣體的洩漏源，保障大型集會活 動的順利進行。同時，本發明也非常使用於類似地鐵站、火車站等人口密度大的 場所。
圖l為本發明的系統結構框圖；圖2為本發明中無線終端的工作流程圖；圖3為本發明中無線接收端機的工作流程圖；
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步說明。本發明為一個用於有毒氣體探測的自組織的多跳無線傳感器網絡系統，它由 大量無線終端和一個無線接收端機構成。無線終端與有毒氣體傳感器配對使用，通過RS-232串口與控制單元連接，負責上報與其配對的有毒氣體傳感器的檢測 結果，並為其周圍其它無線終端進行中繼轉發，無線終端通過電池供電；無線接 收端機負責系統的協調、傳感器檢測狀態信息的顯示與存儲，對所有的上報數據 進行多節點信息融合處理，分析有毒氣體的洩漏源及其擴散趨勢，通過有線方式 供電。上述無線終端和無線接收端機組成的自組織的多跳無線傳感器網絡無線終端在上電初始化後，嘗試與無線接收端機或是其周圍的已經加入網絡的無線終端通信，通過它們加入到網絡中，無線終端在成功加入網絡後，除了負責上報通過RS-232串口與之相連的有毒氣體傳感器的檢測結果外，還負責接納其它無線終 端加入網絡，並負責中繼轉發由其接納加入網絡的無線終端發出的需要上報至無 線接收端機的數據，見圖2;無線接收端機上電啟動後，建立一個以自己為管理 中心的無線網絡，並開始接納無線終端加入網絡，無線接收端機按照指定時間， 周期性的維護網絡，去除失效路由信息，添加新增路由信息，無線接收端機接收 所有無線終端上報的數據，見圖3。無線接收端機最多可接納255個無線終端。有毒氣體傳感器和無線終端的數量和布設位置根據檢測區域大小、上報數據 的實時性要求和分析結果的準確性要求綜合確定，無線接收設備布設在指控中 心。圖1中無線終端包括控制單元，與控制單元連接的射頻單元；無線接收端機 包括控制單元，與控制單元連接的射頻單元以及存儲單元，存儲單元用於存儲接 收到的上報數據。無線接收端機動態維護網絡拓撲，網絡系統具有很強的魯棒性、抗毀性。當 網絡中的某個無線終端失效時，原來需要經過該無線終端中繼轉發數據的無線終 端，可以自動選擇其它無線終端為其中繼轉發數據；除了失效無線終端外的其它 所有無線終端均能繼續正常工作，網絡傳輸不會因為一個無線終端的失效而癱 瘓。無線終端與無線終端之間，無線終端與無線接收端機之間的無線傳輸採用數 據確認機制。數據的發送方在發送數據幀後，需要等待接收方返回的確認幀，以 確認接收方收到該數據幀。如果在規定時間內，發送方沒有收到接收方返回的確 認幀，發送方將重發該數據幀，直至收到接收方返回的關於該數據幀的確認幀。無線終端與無線終端之間，無線終端與無線接收端機之間的無線傳輸採用帶 衝突避免的信道偵聽機制來有效避免由於共用無線信道產生的碰撞衝突。在無線 終端發送數據前，無線終端先偵聽信道忙閒，如果信道空閒，則立即發送；如果 信道為忙，則隨機延遲一段時間之後再偵聽信道忙閒，如果信道空閒，則立即發 送；如果信道仍然為忙，則再隨機延遲一段時間之後偵聽信道忙閒，直至偵聽到 信道空附時進行發送。系統採用了先進的功耗控制方法，最大程度地提高了系統的續航能力。在硬 件方面，系統採用低功耗處理晶片，電路板的設計也充分考慮了低功耗要求；在 軟體方面，除了採用休眠機制以外，還採用了先進的基於能量的路由轉發策略， 各無線終端能夠根據本地的電池能量特性來工作，在增加了單個無線終端使用時 間的同時，也延長了整個網絡的連續工作時間。無線終端和無線接收端機的射頻模塊工作頻率為433MHz，帶寬為64MHz， 數據傳輸速率及功率可調，最大傳輸速率500kbps，最大傳輸功率0dBm，布設 在地表時的無線傳輸距離最大可到300m。
權利要求
1.一種用於有毒氣體探測的無線傳感器網絡系統，包括有毒氣體傳感器、無線終端和無線接收端機，其特徵在於系統為自組織的多跳無線傳感器網絡系統，它由大量有毒氣體傳感器、大量無線終端和一個無線接收端機構成；有毒氣體傳感器負責檢測周圍空氣中的有毒氣體濃度，將檢測結果以數位訊號方式輸出；每個無線終端通過RS-232串口與一個有毒氣體傳感器連接，按照指定時間間隔周期性的查詢有毒氣體傳感器的檢測結果，通過自組織形成的多跳無線路由將檢測結果上報給無線接收端機；無線接收端機負責系統的協調、傳感器檢測結果信息的顯示與儲存，對所有的上報數據進行多節點信息融合處理，分析有毒氣體的洩漏源及其擴散趨勢。
2. 根據權利要求l所述的一種用於有毒氣體探測的無線傳感器網絡系統，其 特徵在於系統採用由無線終端和無線接收端機自組織建立的多跳無線傳感器網 絡；無線終端在上電初始化後，嘗試與無線接收端機或是其周圍的己經加入網絡 的無線終端通信，通過它們加入到網絡中，無線終端在成功加入網絡後，除了負 責上報通過RS-232串口與之相連的有毒氣體傳感器的檢測結果外，還負責接納 其它無線終端加入網絡，並負責中繼轉發來自由其接納加入網絡的無線終端的需 要上報至無線接收端機的數據；無線接收端機上電啟動後，建立一個以自己為管理中心的無線網絡，並開始 接納無線終端加入網絡，無線接收端機按照指定時間，周期性的維護網絡，去除 失效路由信息，添加新增路由信息，無線接收端機接收所有無線終端上報的數據， 無線接收端機最多可接納255個無線終端。
3. 根據權利要求1所述的一種用於有毒氣體探測的無線傳感器網絡系統，其特徵在於無線終端包括控制單元，與控制單元連接的射頻單元；無線接收端機包 括控制單元，與控制單元連接的射頻單元以及存儲單元，存儲單元用於存儲接收 到的上報數據。
4. 根據權利要求1所述的一種用於有毒氣體探測的無線傳感器網絡系統，其 特徵在於無線終端與無線終端之間，無線終端與無線接收端機之間的無線傳輸採 用數據確認機制;數據的發送方在發送數據幀後，需要等待接收方返回的確認幀， 以確認接收方收到該數據幀；如果在規定時間內，發送方沒有收到接收方返回的 確認幀，發送方將重發該數據幀，直至收到接收方返回的關於該數據幀的確認幀。
5. 根據權利要求1所述的一種用於有毒氣體探測的無線傳感器網絡系統，其 特徵在於無線終端與無線終端之間，無線終端與無線接收端機之間的無線傳輸採 用帶衝突避免的信道偵聽機制來有效避免由於共用無線信道產生的碰撞衝突；在 無線終端發送數據前，無線終端先偵聽信道忙閒，如果信道空閒，則立即發送； 如果信道為忙，則隨機延遲一段時間之後再偵聽信道忙閒，如果信道空閒，則立 即發送；如果信道仍然為忙，則再隨機延遲一段時間之後偵聽信道忙閒，直至偵 聽到信道空閒時進行發送。
全文摘要
本發明公開了一種用於有毒氣體探測的無線傳感器網絡系統，它是一個由大量有毒氣體傳感器、大量無線終端和一個無線接收端機組成的用於有毒氣體探測的自組織的多跳無線傳感器網絡系統。有毒氣體傳感器負責前端的信號獲取和處理；無線終端與有毒氣體傳感器配對使用，通過RS-232串口與控制單元連接，負責上報與其配對的有毒氣體傳感器的檢測結果，並為其周圍其它無線終端進行中繼轉發；無線接收端機負責系統的協調、傳感器檢測狀態信息的顯示與存儲，對所有的上報數據進行多節點信息融合，分析有毒氣體的洩漏源及其擴散趨勢，通過有線直流電源方式供電。本發明採用採用多跳中繼轉發機制，有效克服了無線傳輸距離受限、容易被遮擋的缺點，適用於各種複雜的應用環境。
文檔編號H04L1/08GK101237368SQ200810059960
公開日2008年8月6日 申請日期2008年3月5日 優先權日2008年3月5日
發明者劉海濤, 波 吳, 周璐巍, 華 姜, 帆 張, 李中一, 李保海, 康 趙, 鮑星合 申請人:中科院嘉興中心微系統所分中心