[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络感知节点及方法，特别是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。

背景技术

目前，

由于煤矿工作面、掘进面、顺槽等区域环境恶劣，移动生产设备多，工作条件复杂， 现有的煤矿安全监测监控系统需要敷设大量通信电缆，而这些电缆随着生产的推进不断移 动，维护十分不便，且经常会被砸断影响监测的连续性。并且在出现重大灾害中由于传输 电缆一旦损坏将导致整个矿井的通信中断，大大制约救援人员的施救工作展开。要减少人 员伤亡，实现井下无人采煤工作面的目标，亟需引入新技术克服制约煤矿安全和灾害预警 水平的问题。

无线传感器网络(WirelessSensorNetwork,WSN)是一种新型的网络和计算技术，由部 署在监测区域内大量的微型传感器节点组成，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实 时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理，并通 过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到接入点，尤其适合于环境 监测、抢险救灾、危险区域远程控制等领域。

然而由于无线传感器网络节点的分布式以及采煤工作面处于动态变化之中，突发情况 时有发生，因此制约井下工作面无线传感器网络发展的主要因素在于电源能耗的控制以及 实时节点位置确定。其中电源能耗控制主要是由于无线传感器网络节点一般采用蓄电池供 电技术，所携带电量有限。然后在井下无线节点传输过程中，处于汇聚节点以及中继节点 数据传输量大，使得每一个节点的电量消耗差别很大，在由于某一两个关键节点能量消耗 殆尽时，其他节点的电量还有很多，导致了整个无线网络中断，大大缩短了无线传感器网 络的使用寿命；由于煤矿综采工作面是根据采煤机在刮板输送机上往复割煤以及液压支架 的推溜移架进而实现工作面的推进，这就使得无线节点所要监测的工作面实时处于位置不 断变化之中，传统的人工标定节点位置的方法已经不能够满足与工作面的动态坏境。并且 在井下发生灾变时，各无线节点的位置也会发生较大的变化，使得无线节点的实时定位技 术越来越重要。

发明内容

本发明的目的是要提供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，能 够使得各无线传感器网络感知节点在实时传输数据的同时保证能量均衡消耗，提高传感器 网络的使用寿命；还能够在动态变化环境下实现每个感知节点是智能自定位，为该无线传 感器网络在井下工作面灾变环境下的应用提高了环境适应性。

本发明的目的是这样实现的：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。

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；