CN108548759A - 基于无线传感器网络的混凝土厂粉尘监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了基于无线传感器网络的混凝土厂粉尘监测系统，包括粉尘状态监测装置、基站设备和监测中心；所述粉尘状态监测装置包括多个传感器节点和通信节点，传感器节点对混凝土厂粉尘状态进行监测感知，并将获得的粉尘浓度数据通过通信节点发送至基站设备；所述基站设备汇聚各传感器节点发送的粉尘浓度数据，进行处理后转发至监测中心；监测中心用于对基站设备发送的粉尘浓度数据进行分析和处理。本发明利用无线传感器网络技术实现了混凝土厂粉尘监测，系统结构简单。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土厂粉尘监测领域，具体涉及基于无线传感器网络的混凝土厂粉尘监测系统。
背景技术
相关技术中，大多数的厂区环境数据收集和统计工作还停留在人工读数查表的落后水平，人为误差伴随存在，给环境数据管理工作带来很大的困难。如在混凝土及外加剂配套生产过程中，对于各个工作站出现的粉尘超标问题，目前主要是人工检测和手工处理，其方法陈旧，不能及时处理，容易对周边环境造成严重污染。为了能够不断地获取混凝土厂粉尘较为准确的环境数据，应该建立一套有效的混凝土厂环境监测管理平台。
发明内容
针对上述问题，本发明提供基于无线传感器网络的混凝土厂粉尘监测系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了基于无线传感器网络的混凝土厂粉尘监测系统，包括粉尘状态监测装置、基站设备和监测中心；所述粉尘状态监测装置包括多个传感器节点和通信节点，传感器节点对混凝土厂粉尘状态进行监测感知，并将获得的粉尘浓度数据通过通信节点发送至基站设备；所述基站设备汇聚各传感器节点发送的粉尘浓度数据，进行处理后转发至监测中心；监测中心用于对基站设备发送的粉尘浓度数据进行分析和处理。
优选地，所述监测中心包括处理器和显示器，该处理器将收到的粉尘浓度数据与对应设定的安全阈值进行比较，输出比较结果，并由显示器进行比较结果显示。
进一步地，还包括分布在监测区域内的多个控制器和除尘装置，控制器的输入端与监测中心连接；控制器控制所连接的除尘装置的开关，在所在位置的粉尘浓度数据超出对应设定的安全阈值时，控制除尘装置除尘。
本发明的有益效果为：通过建立有效的粉尘状态监测管理平台，实时监测粉尘状态情况，清晰了解混凝土厂粉尘环境现状，积累一定的基础数据，在粉尘浓度越限时，进行相应应急处理，使整个系统更为自动化，相对传统处理方法减少了人力物力的消耗。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明一个实施例的结构示意框图；
图2是本发明一个实施例的监测中心的框图示意图。
附图标记：
粉尘状态监测装置1、基站设备2、监测中心3、控制器4、除尘装置5、处理器10、显示器20。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1，本实施例提供的基于无线传感器网络的混凝土厂粉尘监测系统，包括粉尘状态监测装置1、基站设备2和监测中心3。
粉尘状态监测装置1包括多个设置于混凝土厂粉尘状态的传感器节点，多个传感器节点通过自组织方式组建无线传感器网络。
其中，传感器节点用于对混凝土厂粉尘状态进行监测感知，并将获得的粉尘浓度数据通过通信节点发送至基站设备2。
基站设备2汇聚各传感器节点发送的粉尘浓度数据，进行处理后转发至监测中心3。
监测中心3用于对基站设备2发送的粉尘浓度数据进行分析和处理。
在一个实施例中，如图2所示，监测中心3包括处理器10和显示器20，该处理器10将收到的粉尘浓度数据与对应设定的安全阈值进行比较，输出比较结果，并由显示器20进行比较结果显示。
进一步地，混凝土厂粉尘监测系统还包括分布在监测区域内的多个控制器4和除尘装置5，控制器4的输入端与监测中心3连接；控制器4控制所连接的除尘装置5的开关，在所在位置的粉尘浓度数据超出对应设定的安全阈值时，控制除尘装置5除尘。除尘装置5可以是喷雾器，本实施例不对除尘装置5作限定。
本发明上述实施例通过建立有效的粉尘状态监测管理平台，实时监测粉尘状态情况，清晰了解混凝土厂各位置的粉尘环境现状，积累一定的基础数据，在粉尘浓度越限时，进行相应应急处理，使整个系统更为自动化，相对传统处理方法减少了人力物力的消耗。
在一个实施例中，多个传感器节点和通信节点皆随机部署于设定的监测区域内，传感器节点将其采集的粉尘浓度数据发送至其通信范围内的一个通信节点，进而由该通信节点将粉尘浓度数据发送至基站设备2。
在一个实施例中，传感器节点将其采集的粉尘浓度数据发送至其通信范围内的一个通信节点，具体包括：
(1)初始化时各传感器节点和通信节点开始对信道的探测，各传感器节点接收基站设备2广播的“hello”数据包后记录接收该“hello”数据包的时间并获得时钟同步，传感器节点确定自身的感知范围，向感知范围内的通信节点交互消息，从而确认自己的邻居通信节点集；
(2)传感器节点为其邻居通信节点集中的每个通信节点分配一个时间标号Tij，表征通信节点ij从侦测信道转为工作的时间，其中ij表示传感器节点i的邻居通信节点集中的第j个通信节点，Tij的计算公式为：
式中，Tmax为设定的从侦测信道转为工作的时间的最大值，Eij为通信节点ij的当前剩余能量，Emin为设定的最小能量值，Di,ij为传感器节点i与其邻居通信节点集中的通信节点ij之间的距离，Di,sink为传感器节点i与基站设备2的距离，Dij,sink为通信节点ij与基站设备2的距离，λ1、λ2为设定的权重系数；
(3)传感器节点将邻居通信节点集中具有最小时间标号的通信节点进行激活，传感器节点将采集的粉尘浓度数据发送至该通信节点，该通信节点被唤醒后完成粉尘浓度数据的传输，未被唤醒的其余通信节点则进入睡眠状态；
(4)在粉尘浓度数据传输结束时刻，被激活的通信节点转为探测状态，其他睡眠的通信节点也转为探测状态，开始新一轮粉尘浓度数据传输的通信节点激活过程。
本实施例中，传感器节点将采集的粉尘浓度数据发送至其通信范围内的一个通信节点时，在时钟同步的通信节点之间选择唤醒具有最小时间标号的通信节点，将采集的粉尘浓度数据发送至该通信节点，其余通信节点则进入睡眠状态，这有益于降低网络中通信节点工作状态调度过程中的控制信息开销，节省通信节点的能量成本。本实施例创造性地基于距离和能量因素设置了时间标号的计算公式，使得传感器节点的邻居通信节点集中距离基站设备2和传感器节点更近的、剩余能量更多的通信节点具有较大的被激活概率，有利于减少粉尘浓度数据传输的能耗，平衡通信节点的能耗。
在一个实施例中，传感器节点确定自身的感知范围为：
式中，Ri表示传感器节点i的感知半径，D(i,sink)为传感器节点i到基站设备2的距离，Dmax为所有传感器节点到基站设备2的距离中的最大值，Dmin为所有传感器节点到基站设备2的距离中的最小值，为预先设定的传感器节点i接收所述“hello”数据包的理论时间，mv为传感器节点i记录到接收所述“hello”数据包的时间，为判断取值函数，当时，当时，R0为传感器节点的初始感知半径。
本实施例在设定传感器节点的感知范围时，根据传感器节点接收基站设备2信号的实际情况设置了针对距离的影响系数，并基于传感器节点到基站设备2的距离来控制感知范围，实现了对传感器节点感知范围的精确控制，使得传感器节点的感知范围能够根据自身到基站设备2的距离而变化，距离基站设备2越近的传感器节点的感知范围越大，使得距离基站设备2越近的传感器节点具有更多的通信节点供选择，有利于平衡基站设备2附近区域的通信节点的能耗，延长无线传感器网络的寿命。
在一个实施例中，通信节点将接收的粉尘浓度数据发送至基站设备2，具体为：
(1)通信节点与基站设备2的距离不大于设定的距离阈值时，通信节点直接将接收的粉尘浓度数据发送至基站设备2；
(2)通信节点与基站设备2的距离大于设定的距离阈值时，通信节点在其通信范围内的其他未激活的通信节点中选择权值最大的通信节点作为下一跳节点，激活该下一跳节点并将接收的粉尘浓度数据发送至该下一跳节点；
其中，权值的计算公式为：
式中，αβ表示通信节点α的通信范围内的第β个未激活的通信节点，Qαβ为通信节点αβ的权值，Lα为通信节点α的通信半径，Dαβ为通信节点α与通信节点αβ之间的距离，Dα,sink为通信节点α到基站设备2的距离，Dαβ,sink为通信节点αβ到基站设备2的距离，Eαβ为通信节点αβ的当前剩余能量，Emin为所述设定的最小能量值，ρ1、ρ2为设定的权重系数。
本实施例基于通信节点到基站设备2的距离设置了通信节点将接收的粉尘浓度数据发送至基站设备2的最佳路由协议。通信节点只选择通信范围内权值最大的通信节点作为下一跳节点进行激活，而其他未激活的通信节点仍处于原来状态，相对于激活所有的通信节点而言，节省了通信节点的能量。本实施例基于能量和距离因素设置了权值的计算公式，使得具有位置优势和能量优势的传感器节点具有更大的被激活概率，有利于保障粉尘浓度数据转发的可靠性，平衡通信节点的负载。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (6)
1.基于无线传感器网络的混凝土厂粉尘监测系统，其特征是，包括粉尘状态监测装置、基站设备和监测中心；所述粉尘状态监测装置包括多个传感器节点和通信节点，传感器节点对混凝土厂粉尘状态进行监测感知，并将获得的粉尘浓度数据通过通信节点发送至基站设备；所述基站设备汇聚各传感器节点发送的粉尘浓度数据，进行处理后转发至监测中心；监测中心用于对基站设备发送的粉尘浓度数据进行分析和处理。
2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的混凝土厂粉尘监测系统，其特征是，所述监测中心包括处理器和显示器，该处理器将收到的粉尘浓度数据与对应设定的安全阈值进行比较，输出比较结果，并由显示器进行比较结果显示。
3.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的混凝土厂粉尘监测系统，其特征是，还包括分布在监测区域内的多个控制器和除尘装置，控制器的输入端与监测中心连接；控制器控制所连接的除尘装置的开关，在所在位置的粉尘浓度数据超出对应设定的安全阈值时，控制除尘装置除尘。
4.根据权利要求1-4任一项所述的基于无线传感器网络的混凝土厂粉尘监测系统，其特征是，多个传感器节点和通信节点皆随机部署于设定的监测区域内，传感器节点将其采集的粉尘浓度数据发送至其通信范围内的一个通信节点，进而由该通信节点将粉尘浓度数据发送至基站设备。
5.根据权利要求4所述的基于无线传感器网络的混凝土厂粉尘监测系统，其特征是，传感器节点将其采集的粉尘浓度数据发送至其通信范围内的一个通信节点，具体包括：
(1)初始化时各传感器节点和通信节点开始对信道的探测，各传感器节点接收基站设备广播的“hello”数据包后记录接收该“hello”数据包的时间并获得时钟同步，传感器节点确定自身的感知范围，向感知范围内的通信节点交互消息，从而确认自己的邻居通信节点集；
(2)传感器节点为其邻居通信节点集中的每个通信节点分配一个时间标号Tij，表征通信节点ij从侦测信道转为工作的时间，其中ij表示传感器节点i的邻居通信节点集中的第j个通信节点；
(3)传感器节点将邻居通信节点集中具有最小时间标号的通信节点进行激活，传感器节点将采集的粉尘浓度数据发送至该通信节点，该通信节点被唤醒后完成粉尘浓度数据的传输，未被唤醒的其余通信节点则进入睡眠状态；
(4)在粉尘浓度数据传输结束时刻，被激活的通信节点转为探测状态，其他睡眠的通信节点也转为探测状态，开始新一轮粉尘浓度数据传输的通信节点激活过程。
6.根据权利要求5所述的基于无线传感器网络的混凝土厂粉尘监测系统，其特征是，所述Tij的计算公式为：
式中，Tmax为设定的从侦测信道转为工作的时间的最大值，Eij为通信节点ij的当前剩余能量，Emin为设定的最小能量值，Di,ij为传感器节点i与其邻居通信节点集中的通信节点ij之间的距离，Di,sink为传感器节点i与基站设备的距离，Dij,sink为通信节点ij与基站设备的距离，λ1、λ2为设定的权重系数。
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