CN101237368A - 一种用于有毒气体探测的无线传感器网络系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于有毒气体探测的无线传感器网络系统，它是一个由大量有毒气体传感器、大量无线终端和一个无线接收端机组成的用于有毒气体探测的自组织的多跳无线传感器网络系统。有毒气体传感器负责前端的信号获取和处理；无线终端与有毒气体传感器配对使用，通过RS－232串口与控制单元连接，负责上报与其配对的有毒气体传感器的检测结果，并为其周围其它无线终端进行中继转发；无线接收端机负责系统的协调、传感器检测状态信息的显示与存储，对所有的上报数据进行多节点信息融合，分析有毒气体的泄漏源及其扩散趋势，通过有线直流电源方式供电。本发明采用采用多跳中继转发机制，有效克服了无线传输距离受限、容易被遮挡的缺点，适用于各种复杂的应用环境。
Description
技术领域：
本发明涉及无线传感器网络，具体地说是一种用于有毒气体探测的无线传感器网络系统。
背景技术：
现有的对有毒气体的检测，通常是有毒气体检测器单个使用时，而现有这种有毒气体检测器单个使用，无法确定有毒气体的泄漏源及其扩散趋势的问题。
发明内容：
本发明的目的是提供一种用于有毒气体探测的无线传感器网络系统。
本发明要解决的是现有有毒气体检测器单个使用时，无法确定有毒气体的泄漏源及其扩散趋势的问题。
本发明的技术方案是：本发明为一个包括有毒气体传感器、无线终端和无线接收端机的自组织的多跳无线传感器网络系统，它由大量有毒气体传感器、大量无线终端和一个无线接收端机构成；有毒气体传感器负责检测周围空气中的有毒气体浓度，将检测结果以数字信号方式输出；每个无线终端通过RS-232串口与一个有毒气体传感器连接，按照指定时间间隔周期性的查询有毒气体传感器的检测结果，通过自组织形成的多跳无线路由将检测结果上报给无线接收端机；无线接收端机负责系统的协调、传感器检测结果信息的显示与储存，对所有的上报数据进行多节点信息融合处理，分析有毒气体的泄漏源及其扩散趋势。有毒气体传感器和无线终端的数量以及布设位置根据检测区域大小、上报数据的实时性要求和分析结果的准确性要求综合确定，无线接收设备布设在指控中心。
本发明中可以及时准确的报告探测到的空气中是否含有有毒气体及其浓度，并且通过对多节点上报信息的融合处理，分析出有毒气体的泄漏源及其扩展趋势，有助于有关部门在最短的时间内排除有毒气体的泄漏源，保障大型集会活动的顺利进行。同时，本发明也非常使用于类似地铁站、火车站等人口密度大的场所。
附图说明：
图1为本发明的系统结构框图；
图2为本发明中无线终端的工作流程图；
图3为本发明中无线接收端机的工作流程图；
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明为一个用于有毒气体探测的自组织的多跳无线传感器网络系统，它由大量无线终端和一个无线接收端机构成。无线终端与有毒气体传感器配对使用，通过RS-232串口与控制单元连接，负责上报与其配对的有毒气体传感器的检测结果，并为其周围其它无线终端进行中继转发，无线终端通过电池供电；无线接收端机负责系统的协调、传感器检测状态信息的显示与存储，对所有的上报数据进行多节点信息融合处理，分析有毒气体的泄漏源及其扩散趋势，通过有线方式供电。
上述无线终端和无线接收端机组成的自组织的多跳无线传感器网络：无线终端在上电初始化后，尝试与无线接收端机或是其周围的已经加入网络的无线终端通信，通过它们加入到网络中，无线终端在成功加入网络后，除了负责上报通过RS-232串口与之相连的有毒气体传感器的检测结果外，还负责接纳其它无线终端加入网络，并负责中继转发由其接纳加入网络的无线终端发出的需要上报至无线接收端机的数据，见图2；无线接收端机上电启动后，建立一个以自己为管理中心的无线网络，并开始接纳无线终端加入网络，无线接收端机按照指定时间，周期性的维护网络，去除失效路由信息，添加新增路由信息，无线接收端机接收所有无线终端上报的数据，见图3。无线接收端机最多可接纳255个无线终端。
有毒气体传感器和无线终端的数量和布设位置根据检测区域大小、上报数据的实时性要求和分析结果的准确性要求综合确定，无线接收设备布设在指控中心。
图1中无线终端包括控制单元，与控制单元连接的射频单元；无线接收端机包括控制单元，与控制单元连接的射频单元以及存储单元，存储单元用于存储接收到的上报数据。
无线接收端机动态维护网络拓扑，网络系统具有很强的鲁棒性、抗毁性。当网络中的某个无线终端失效时，原来需要经过该无线终端中继转发数据的无线终端，可以自动选择其它无线终端为其中继转发数据；除了失效无线终端外的其它所有无线终端均能继续正常工作，网络传输不会因为一个无线终端的失效而瘫痪。
无线终端与无线终端之间，无线终端与无线接收端机之间的无线传输采用数据确认机制。数据的发送方在发送数据帧后，需要等待接收方返回的确认帧，以确认接收方收到该数据帧。如果在规定时间内，发送方没有收到接收方返回的确认帧，发送方将重发该数据帧，直至收到接收方返回的关于该数据帧的确认帧。
无线终端与无线终端之间，无线终端与无线接收端机之间的无线传输采用带冲突避免的信道侦听机制来有效避免由于共用无线信道产生的碰撞冲突。在无线终端发送数据前，无线终端先侦听信道忙闲，如果信道空闲，则立即发送；如果信道为忙，则随机延迟一段时间之后再侦听信道忙闲，如果信道空闲，则立即发送；如果信道仍然为忙，则再随机延迟一段时间之后侦听信道忙闲，直至侦听到信道空闲时进行发送。
系统采用了先进的功耗控制方法，最大程度地提高了系统的续航能力。在硬件方面，系统采用低功耗处理芯片，电路板的设计也充分考虑了低功耗要求；在软件方面，除了采用休眠机制以外，还采用了先进的基于能量的路由转发策略，各无线终端能够根据本地的电池能量特性来工作，在增加了单个无线终端使用时间的同时，也延长了整个网络的连续工作时间。
无线终端和无线接收端机的射频模块工作频率为433MHz，带宽为64MHz，数据传输速率及功率可调，最大传输速率500kbps，最大传输功率0dBm，布设在地表时的无线传输距离最大可到300m。
Claims (5)
1.一种用于有毒气体探测的无线传感器网络系统，包括有毒气体传感器、无线终端和无线接收端机，其特征在于系统为自组织的多跳无线传感器网络系统，它由大量有毒气体传感器、大量无线终端和一个无线接收端机构成；有毒气体传感器负责检测周围空气中的有毒气体浓度，将检测结果以数字信号方式输出；每个无线终端通过RS-232串口与一个有毒气体传感器连接，按照指定时间间隔周期性的查询有毒气体传感器的检测结果，通过自组织形成的多跳无线路由将检测结果上报给无线接收端机；无线接收端机负责系统的协调、传感器检测结果信息的显示与储存，对所有的上报数据进行多节点信息融合处理，分析有毒气体的泄漏源及其扩散趋势。
2.根据权利要求1所述的一种用于有毒气体探测的无线传感器网络系统，其特征在于系统采用由无线终端和无线接收端机自组织建立的多跳无线传感器网络；
无线终端在上电初始化后，尝试与无线接收端机或是其周围的已经加入网络的无线终端通信，通过它们加入到网络中，无线终端在成功加入网络后，除了负责上报通过RS-232串口与之相连的有毒气体传感器的检测结果外，还负责接纳其它无线终端加入网络，并负责中继转发来自由其接纳加入网络的无线终端的需要上报至无线接收端机的数据；
无线接收端机上电启动后，建立一个以自己为管理中心的无线网络，并开始接纳无线终端加入网络，无线接收端机按照指定时间，周期性的维护网络，去除失效路由信息，添加新增路由信息，无线接收端机接收所有无线终端上报的数据，无线接收端机最多可接纳255个无线终端。
3.根据权利要求1所述的一种用于有毒气体探测的无线传感器网络系统，其特征在于无线终端包括控制单元，与控制单元连接的射频单元；无线接收端机包括控制单元，与控制单元连接的射频单元以及存储单元，存储单元用于存储接收到的上报数据。
4.根据权利要求1所述的一种用于有毒气体探测的无线传感器网络系统，其特征在于无线终端与无线终端之间，无线终端与无线接收端机之间的无线传输采用数据确认机制；数据的发送方在发送数据帧后，需要等待接收方返回的确认帧，以确认接收方收到该数据帧；如果在规定时间内，发送方没有收到接收方返回的确认帧，发送方将重发该数据帧，直至收到接收方返回的关于该数据帧的确认帧。
5.根据权利要求1所述的一种用于有毒气体探测的无线传感器网络系统，其特征在于无线终端与无线终端之间，无线终端与无线接收端机之间的无线传输采用带冲突避免的信道侦听机制来有效避免由于共用无线信道产生的碰撞冲突；在无线终端发送数据前，无线终端先侦听信道忙闲，如果信道空闲，则立即发送；如果信道为忙，则随机延迟一段时间之后再侦听信道忙闲，如果信道空闲，则立即发送；如果信道仍然为忙，则再随机延迟一段时间之后侦听信道忙闲，直至侦听到信道空闲时进行发送。
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2008
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