CN102984821B - 工厂内安全监测无线传感器网络 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种工厂内安全监测无线传感器网络，网络架构采用有线通信与无线通信相结合的异构组网方式，各个子网采用星状拓扑，完成数据传输工作；网络由数据采集节点、网络路由节点、主干网协调器节点构成，所述的子网数据采集节点包括相互连接的传感器模块、能量管理模块、射频模块；所述的网络路由节点和主干网协调器节点均包含包括能量管理模块和射频模块。本发明具有能够实现信息共享、操作简单、扩展性强的优点。

Description

工厂内安全监测无线传感器网络

技术领域

本发明涉及通信术领域，尤其涉及无线通信网络，具体是指一种工厂内安全监测无线传感器网络。

背景技术

长期以来，企业的设备监管环节主要靠技术工人或者是工程师在厂区巡视发现问题解决问题，或者是等问题出现及时解决问题，这样以来就无形的加大了处理事故的时间，随着网络技术与通信技术的快速发展以及企业信息化的日益普及，无线数据采集监控，加快了处理事故的反应时间，提高了设备的利用率，并且保证了产品的品质和生产管理的效率。

目前，工厂安全监测监控系统主要存在的问题有以下几个方面：

第一、现有工厂内监控监测系统均针对某一监控对象开发，为单一的环境安全、提升运输、设备开停等专用监控系统，从而造成设备、配件互不通用，信息不能共享。

第二、现有工厂内监控监测系统均为某一监控目的而开发，用户难以通过简单的操作实现多方面监控的目的。

第三、现有工厂内监控监测系统均需要较高的成本和功耗，扩展性不强，难以随工厂规模的扩大便捷地增加监控区域。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种能够实现信息共享、操作简单、扩展性强的工厂内安全监测无线传感器网络。

本发明的技术解决方案是，提供如下一种工厂内安全监测无线传感器网络，网络架构采用有线通信与无线通信相结合的异构组网方式，各个子网采用星状拓扑，完成数据传输工作；网络由数据采集节点、网络路由节点、主干网协调器节点构成，所述的子网数据采集节点包括相互连接的传感器模块、能量管理模块、射频模块；所述的网络路由节点和主干网协调器节点均包含包括能量管理模块和射频模块。

作为优选，所述的子网数据采集节点用于采集工厂内的多种环境数据，并以无线方式将数据传输给网络路由节点；所述网络路由节点设置在网络中，是数据采集节点与主干网协调器节点的通信接口，用于与其它数据采集节点构建无线传感器网络，网络路由节点接收数据采集节点发送的传感数据，并传输给主干网协调器节点，同时完成部分网络管理和路由工作，确定内部终端节点成功加入网络，非内部终端节点拒绝加入请求；所述主干网协调器节点设置在主干网中，与每个数据采集节点建立路由，负责转发数据，并且与中央控制点相接，并将所有数据通过串行通信方式发送至网关，同时完成部分网络管理工作，确定数据采集节点和网络路由节点加入网络。

作为优选，采用IPv6协议，给每个数据采集节点和主干网协调器节点分配一个IPv6地址，使得每个网络节点可以与互联网上相连接。

作为优选，所述的传感器模块包括真空度检测传感器、浸入式温度传感器、超声波传感器、压力传感器以及氧气浓度传感器。射频模块包括相互电连接的嵌入式微处理器、天线、射频电路、外围电路。

作为优选，所述的能量供应模块包括印制电路板上置有的电池、电池盒、电源管理芯片、电源管理芯片、电源管理芯片，粘于印制电路板上的电池盒内装有电池，并通过导线与印制电路板电连接。

作为优选，采用2.4GHz的国际ISM频段无线电信号，在2.4GHz±10MHz之间以200KHz频率间隔形成多个通信信道，每个子网使用不同信道。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：

其一，本发明所设计的传感器节点，包括相互连接并通信的传感器模块、射频模块和能量供应模块，根据实际环境的需要安装的真空度检测传感器、浸入式温度传感器、超声波传感器、压力传感器以及氧气浓度传感器集中安装在一个传感器节点上，通过数模转换接口传送采集的模拟数据给射频模块处理并通过天线发送，提高了监控监测目的和对象的集成度，降低了成本。

其二，本发明的无线模块工作于2.4GHz国际ISM免费频段，采用工作于2.4GHz频段符合IEEE802.15.4协议的无线通讯方式传输信息，既避免了铺设电缆等线路带来的人力物力消耗，也无需交纳通信使用费，本发明提高了网络的稳定性和寿命，具有功耗少、可快速组网、通信可靠性高的优点。

其三，本发明设计的用于工厂内安全监测的传感器节点采用了一系列低功耗措施：采用了低功耗、集成度高的元器件；采用了单电源、低电压的供电方式；大量采用电源芯片进行电压的升降，使线路的电流损耗降到最低。

附图说明

图1为本发明工厂内安全监测无线传感器网络的结果示意图。

图2 为数据采集节点示意图。

图3为网络路由节点和主干网协调器节点示意图。

图中所示：

1、主控制台，2、主干网协调器，3、网络路由结点，4、子网数据采集结点。

具体实施方式

   为便于说明，下面结合附图，对发明工厂内安全监测无线传感器网络做详细说明：

       如图1至图3中所示，一种工厂内安全监测无线传感器网络，网络架构采用有线通信与无线通信相结合的异构组网方式，各个子网采用星状拓扑，完成数据传输工作；网络由数据采集节点4、网络路由节点3、主干网协调器节点2构成，所述的子网数据采集节点4包括相互连接的传感器模块、能量管理模块、射频模块；所述的网络路由节点3和主干网协调器节点2均包含包括能量管理模块和射频模块，网络路由节点3和主干网协调器节点2为数据采集节点通过多跳中继方式传输数据提供了路由选择功能；

所述的子网数据采集节点4用于采集工厂内的多种环境数据，并以无线方式将数据传输给网络路由节点；所述网络路由节点3设置在网络中，是子网数据采集节点4与主干网协调器节点2的通信接口，用于与其它数据采集节点构建无线传感器网络，网络路由节点3接收子网数据采集节点4发送的传感数据，并传输给主干网协调器节点2，同时完成部分网络管理和路由工作，确定内部终端节点成功加入网络，非内部终端节点拒绝加入请求；所述主干网协调器节点2设置在主干网中，与每个子网数据采集节点4建立路由，负责转发数据，并且与中央控制点相接，并将所有数据通过串行通信方式发送至网关，同时完成部分网络管理工作，确定子网数据采集节点4和网络路由节点3加入网络。

所述的传感器模块包括真空度检测传感器、浸入式温度传感器、超声波传感器、压力传感器以及氧气浓度传感器。射频模块包括相互电连接的嵌入式微处理器、天线、射频电路、外围电路。

所述的能量供应模块包括印制电路板上置有的电池、电池盒、电源管理芯片、电源管理芯片、电源管理芯片，粘于印制电路板上的电池盒内装有电池，并通过导线与印制电路板电连接。

另外，在本实施例中，还采用IPv6协议，给每个数据采集节点和主干网协调器节点分配一个IPv6地址，使得每个网络节点可以与互联网上相连接，这样本发明所述的一种异构无线传感器工厂内安全检测系统与互联网就能实现透明地连接，用户就可以远程监控指定的区域；采用2.4GHz的国际ISM频段无线电信号，在2.4GHz±10MHz之间以200KHz频率间隔形成多个通信信道，每个子网使用不同信道，从而有效防止了由于节点过多造成的无线信道通信拥塞。

在使用时，网络中以网络协调器为中心，所有设备只能与网络协调器进行通信。当一个具有完整功能的设备第一次被激活后，它就会建立一个自己的网络，通过选择一个PAN标志符来确保网络的唯一性。一旦选定了一个PAN标志符，主协调器就会允许其他从设备加入它的网络中，并为这些设备转发数据分组。子网中有若干个子网数据采集节点，每个节点设置好对应的网络号并且为其分配IPv6地址，使其只能与本子网中的其它节点进行无线通信，保证了各个子网中的节点不会由于加入错误的网络而造成数据丢失。所述若干数据采集节点通过网络路由节点加入到系统的网络中，再通过无线通信方式，将传感器数据经过网络路由节点发送至主干网协调器节点，所有数据采集节点均要完成上述工作内容。主干网协调器节点最终将把其接收到的数据发送至网关，供上层服务器监测使用。

而终端数据采集节点是由挂载了特定传感器装置的传感器模块，用于与网络路由节点和主干网协调器节点进行无线通信的无线通信模块，用于数据处理的处理器模块以及电源构成。无线通信模块实现无线数据通信，可以在处理器模块的控制下进行节点间进行数据传输。处理器模块用来对各模块进行控制并对数据进行处理。片内自带程序存储器和数据存储器，并可以根据需要进行扩展。处理器模块是无线传感器节点的计算核心，所有的设备控制、任务调度，能量计算和功能协调、通信协议、数据整合和数据转储程序都将在这个模块的支持下完成。传感器模块对工厂内的各种信息进行采集，并将采集到的信息送往处理器模块进行处理。

       在上述实施例中，对本发明的最佳实施方式做了描述，很显然，在本发明的发明构思下，仍可做出很多变化，在此，应该说明，在本发明的发明构思下所做出的任何改变都将落入本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种工厂内安全监测无线传感器网络，其特征在于：网络架构采用有线通信与无线通信相结合的异构组网方式，各个子网采用星状拓扑，完成数据传输工作；网络由数据采集节点、网络路由节点、主干网协调器节点构成，所述的子网数据采集节点包括相互连接的传感器模块、能量管理模块、射频模块；所述的网络路由节点和主干网协调器节点均包含包括能量管理模块和射频模块，

所述的子网数据采集节点用于采集工厂内的多种环境数据，并以无线方式将数据传输给网络路由节点；所述网络路由节点设置在网络中，是数据采集节点与主干网协调器节点的通信接口，用于与其它数据采集节点构建无线传感器网络，网络路由节点接收数据采集节点发送的传感数据，并传输给主干网协调器节点，同时完成部分网络管理和路由工作，确定内部终端节点成功加入网络，非内部终端节点拒绝加入请求；所述主干网协调器节点设置在主干网中，与每个数据采集节点建立路由，负责转发数据，并且与中央控制点相接，并将所有数据通过串行通信方式发送至网关，同时完成部分网络管理工作，确定数据采集节点和网络路由节点加入网络，

采用IPv6协议，给每个数据采集节点和主干网协调器节点分配一个IPv6地址，使得每个网络节点可以与互联网上相连接，子网中的若干个子网数据采集节点，每个节点设置好对应的网络号并且为其分配IPv6地址，使其只能与本子网中的其它节点进行无线通信，保证了各个子网中的节点不会由于加入错误的网络而造成数据丢失，

所述的传感器模块包括真空度检测传感器、浸入式温度传感器、超声波传感器、压力传感器以及氧气浓度传感器，射频模块包括相互电连接的嵌入式微处理器、天线、射频电路、外围电路；所述的能量供应模块包括印制电路板上置有的电池、电池盒、电源管理芯片、电源管理芯片、电源管理芯片，粘于印制电路板上的电池盒内装有电池，并通过导线与印制电路板电连接；

采用2.4GHz的国际ISM频段无线电信号，在2.4GHz±10MHz之间以200KHz频率间隔形成多个通信信道，每个子网使用不同信道。