[发明专利]一种井下工作面无线传感器网络智能感知节点及感知方法

权利要求书

1.一种井下工作面无线传感器网络智能感知节点，其特征是：无线传感器网络智能感知节点包括：低功耗微处理器、无线接收模块、无线发射模块、声光报警模块、温度传感器、红外传感器、振动传感器、声音传感器、电源监测模块、蓄电池和防爆、防冲击外壳；低功耗微处理器的输入端连接有无线接收模块、温度传感器、红外传感器、振动传感器、声音传感器和电源监测模块，电源监测模块与蓄电池连接；低功耗微处理器的输出端与无线发射模块和声光报警模块连接；低功耗微处理器、无线接收模块、无线发射模块、声光报警模块、温度传感器、红外传感器、振动传感器、声音传感器、电源监测模块、蓄电池均安装在防爆、防冲击外壳内。

2.权利要求1所述的一种井下工作面无线传感器网络智能感知节点的感知方法，其特征是：无线传感器网络智能感知方法：智能感知节点采用蓄电池供电，电源监测模块实时对蓄电池进行电量检测，感知节点实时监测环境温度、声音以及红外信号，并测量感知节点自身的振动信息，进行外部环境信息的实时感知；感知节点测量外部节点发送的定位信号并进行AOA/TDOA外部节点位置解算，同时向外发送已定位节点的位置信息以及用于其他节点定位的无线信号，实现感知节点的休眠与唤醒功能、基于能量均衡耗散的自适应路由、外部环境的实时感知与信息传输以及基于AOA/TDOA解算的节点自定位等功能，实现智能感知节点的自定位；

由以下步骤进行实现：

步骤1)无线传感器网络智能感知节点通过无线信号发送模块实时发送呼叫信号，并且在处于休眠状态时利用无线接收模块实时判断是否接收到外部传感器发送的呼叫信号，只有当接收到外部节点发送的信号时，进行节点休眠唤醒，并利用电源检测模块检测自身电量信息，并向外发送携带自身电量信息的无线信号；

步骤2)智能感知节点低功耗微处理器利用温度传感器实时测量感知节点所在环境的温度，红外传感器测量环境红外信号，声音传感器测量环境的音频参数，振动传感器测量节点自身的振动特性，并对所测量的信号进行分析，智能判断是否有异常情况并进行报警，启动声光报警模块并且利用无线发送模块向外发送报警信号，否则感知节点正常的向外发射携带传感器测量参数的无线信号；

步骤3)实时判断该节点是否接收到其他感知节点发送的携带报警信息的无线信号，如果接收到则立即启动自身的声光报警模块，并向外转发携带报警信息和初始报警节点编号的无线信号，实现报警信号的优先紧急传输；

步骤4)感知节点通过无线接收模块接收到来自其他感知节点发送的携带其自身电量信息的无线信号，并通过检测其他节点所发信号的强度进行节点间距离评估，并结合自身的节点电量信息，进行节点之间的数据传输下智能路由判断，判断该节点是否参与其他节点的数据信息转发，如果符合转发条件则将该节点接收到的外部节点信息进行转发，实现无线传感器网络信息的中继传输，进而实现数据路由算法的建立；

步骤5)感知节点通过无线接收模块测量来自其他感知节点发送的携带定位请求的无线信号，判断与发送该无线信号的感知节点的距离范围，并利用自身的无线发送模块向外发射自身的无线定位信号，同时启动定位需求判断，只有该节点自身已经位置标定，才对接收到的无线信号进行AOA/TDOA信号测量，并根据已知节点的位置信息对未知节点进行定位解算，实现对未知节点的位置标定；

步骤6）根据步骤5)中对已进行位置标定的节点坐标参数通过节点间的数据路由算法进行数据转发；最终实现将位置信息上传到服务器；使得服务器能够实时检测到各个感知节点的位置以及对应节点下的环境感知参数，实现无线传感器网络感知节点的智能定位与感知。

3.根据权利要求2所述的一种井下工作面无线传感器网络智能感知方法，其特征是：所述的步骤5)中所述的自定位方法是依靠已进行位置标定的感知节点对未知位置节点发送的无线定位信号进行AOA/TDOA测量，并解算其位置的过程，实现步骤如下：

步骤5-1)首先利用两个靠近服务器的感知节点作为初始感知节点，根据所需感知的矿井环境分布进行局部定位坐标系构建，并对两个初始感知节点进行坐标系下的手动位置标定；

步骤5-2)两个初始感知节点实时接收其他未知节点发送的定位信号，并进行AOA/TDOA下的信号测量，结合两个初始节点的位置参数解算出未知节点的位置信息，实现该节点的位置校准，同时将该节点的位置信息转发给服务器；

步骤5-3)步骤5-2)中实现位置校准的感知节点结合另一个已知位置的感知节点实时接收其他传感器发送的定位信号，并进行AOA下的信号测量，并结合邻近已知位置的节点进行TDOA下的信号测量；

步骤5-4)步骤5-3)中的感知节点测量得到的AOA/TDOA参数，并结合测量的两个节点位置信息进行未知节点的位置解算，实现未知节点的位置校准，同时已知位置节点进行节点位置信息和节点编号信息转发，通过节点间路由算法上传到服务器中；

步骤5-5)步骤5-4)中已确定位置的感知节点实时接收来自其他感知节点发送的定位信号，并结合邻近已定位节点进行定位信号的AOA/TDOA测量，并重复步骤5-3)-步骤5-5)，最终实现所有感知节点下位置校准，并将其上传到服务器。