[发明专利]大型装备安全监测无线传感器网络

说明书

技术领域

本发明涉及生产过程状态检测与作业安全领域，提供了一种对大型装备安全监测的无线传感器网络系统。

背景技术

各种大型装备在运行时若出现故障，则可能会导致巨大的生命及财产损失，因此大型装备安全监测是非常重要的。传统工业监测通信网络基本上都基于有线网络，这种有线通信网络安装时需要布线，另外在需要移动的工作场合，传统的有线监控网络也显得很不方便；另一方面，有线监测网络的成本也相对较高。无线传感器网络无需现场布线，具有自组织、低成本、低功耗、移动性好等特点，能大幅度降低建设成本，利用无线传感器网络实现对大型装备监测具有明显的优势。

大型装备监测需要实时可靠地采集处理数据，对无线传感器网络可靠性、实时性提出了较高的要求。工业现场通常都存在较强的电磁干扰，如电机产生的电磁干扰，各种通信设备带来的邻频干扰。现有的无线传感器网络基本上都基于单一信道，抗干扰能力差，容易产生数据包丢失，严重影响无线传感器网络的可靠性。

本发明为降低大型装备用无线监测传感器网络的成本，利用了性能相对较低的处理器、廉价的传感器，设计了低成本的姿态检测节点和声光检测节点，通过对部署的相当数量传感器节点采集的多种信息融合处理，获得装备的姿态、异常声光等状态信息。该传感器网络采用了两层分簇结构，为提高通信抗干扰性，采用了动态选择最佳簇内通信信道的方案。

发明内容

本发明提供了一种大型装备安全监测无线传感器网络，它利用廉价的检测节点实时采集大型装备工作状态数据，通过多信道的方式将数据可靠地发送至监测计算机，对这些检测数据进行融合的基础上实现对大型装备的安全监测。

本发明的技术方案是这样实现的：

该网络包含若干个姿态检测节点、若干个声光检测节点、一个汇聚节点和监控计算机，其中姿态检测节点和声光检测节点布置在大型装备上，汇聚节点通过RS232接口或以太网接口以有线方式与监控计算机进行通信；整个网络采用两层分簇结构，第一层网络由一个簇首和数个簇内节点组成，第二层网络由所有簇首和汇聚节点组成，网络采用多信道无线方式通信。

其所述的姿态检测节点包括传感器检测模块、CPU模块、长距离射频通信模块和电源管理模块；传感器检测模块配使用一个集成双轴加速度传感器芯片ADXL202，可同时工作测量正负加速度，输出为占空比调制的数字信号，通过CPU计数器提取占空比，计算获得装备工作时的加速度、倾斜度、位移量；长距离射频通信模块支持IEEE802.15.4标准的16个信道，通信速率为250kbps，并能在48μs内完成信道的切换。

其所述的声光检测节点包括传感器检测模块、CPU模块、通信模块和电源管理模块；传感器检测模块使用驻极体麦克风采集声音，对微弱声音信号进行滤波放大，并使用光敏电阻测量光照；该节点采用了与姿态检测节点同样的长距离射频通信模块。

其所述的两层分簇结构由部署的大量姿态检测节点与声光检测节点自组织而成，每个节点具有全网唯一ID号，在第一层网络中，簇内节点一跳与簇首通信；在第二层网络中，簇首以多跳的方式将累积的数据转发至汇聚节点；网络中的邻簇被分配不同的初始信道以降低邻簇间的干扰，在通信的过程中，簇首根据与各个簇内节点通信的链路质量动态调整信道，每经过一段时间重组网络以平衡网络的负载。

本发明通过配置相当数量的廉价检测节点构成无线传感器网络系统，实现了对大型装备的安全监测，可避免传统有线监控方式存在的布线复杂、成本高、受移动限制等缺点；同时，通过采用多信道通信方案，解决了传统无线传感器网络存在的可靠性差、吞吐量低、延迟大等问题。

附图说明

图1是大型装备安全监控无线传感器网络结构图。

图2是姿态检测节点功能模块图。

图3是声光检测节点功能模块图。

图4是汇聚节点功能模块图。

图5是网络通信流程示意图。

具体实施方式

为了更清楚的理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述和说明。

图1是大型装备安全监测无线传感器网络结构图。大型装备上多点部署有姿态检测节点1、声光检测节点2，姿态检测节点1采集加速度、倾斜度、速度参量，声光检测节点2采集声音和光照。姿态检测节点1和声光检测节点2配备有长距离射频模块，网络采用两层分簇结构，并利用多信道的方式抵抗干扰。簇首累积簇内数据并以多跳的形式将数据转发至汇聚节点，汇聚节点配有高灵敏天线以接收远距离数据，汇聚节点接收所有簇首发送的数据并将数据通过有线的方式传送至安全监控计算机。为方便管理，将各个姿态检测节点与声光检测节点编码网内唯一ID。