[发明专利]一种基于传感器网络的洁净车间运行方法及系统

摘要

本发明涉及一种基于传感器网络的洁净车间运行方法及系统，该系统由远程监控管理层、数据传输通讯层、数据采集控制层和终端设备仪表层等四层结构组成。其远程监控管理层通过数据传输通讯层与数据采集控制层进行数据交换，数据传输通讯层具有通讯组网，可将多个数据采集控制层集成到一起，终端设备仪表层由各种电动执行器、变送器、无线温湿度采集子节点、无线温湿度采集路由节点等组成，各个子节点通过本发明的方法自动组成无线传感器网络。本发明可大幅减少能源消耗和生产管理成本，减少突发事故发生和设备损坏，从而带来潜在经济效益。

主权项

一种基于传感器网络的洁净车间系统，其特征在于，该系统包括空调机组和控制系统，所述控制系统包括远程监控管理层、数据传输层、数据采集控制层以及设备仪表层；所述远程监控管理层包括一台以上的上位机，用于对整个系统进行监控和管理；所述数据传输通讯层包括一个或一个以上的通讯控制器，用于在所述远程监控管理层和所述数据采集控制层、设备仪表层之间传输数据，所述通讯控制器为交换机或通讯转化器；所述数据采集控制层包括PLC/DCC控制柜以及与通讯控制器电连接的一个或多个无线采集协调器；所述控制柜用于控制系统中的各个执行器和风机，所述无线采集协调器用于收集来自各个无线传感器的数据，并发送给上位机；所述设备仪表层包括与PLC/DCC控制柜电连接的露点温度变送器、压差变送器、压差开关、风管温湿度变送器、防冻开关、模拟风量阀执行器、开关风力阀执行器、水阀蒸汽阀执行器、风机控制柜、臭氧发生器，以及与所述无线采集协调器连接的无线路由节点和多个无线传感器；所述无线传感器通过所述无线路由节点组成传感器网络，每隔预定的采样时间进行一次数据采样，并通过连接的无线路由节点向所述无线采集协调器发送包括采样结果的数据包；在安装无线传感器时，根据其类型和安装的位置，为其设置采样时间；在车间的不同位置布置多个无线路由节点，使得这些无线路由节点的无线覆盖范围覆盖车间的所有区域；所述无线路由节点具有缓冲存储区，当所述无线路由节点接收到无线传感器上传的一个数据包后，就将数据包放入缓冲存储区中，按照接收的先后顺序，缓冲存储区中的数据包组成了一个等待队列，所述无线路由节点基于先进先出的原则，不断地从该等待队列的队列头取出一个数据包，发送给无线采集协调器；当每个数据包进入该等待队列时，所述无线路由节点就记录一次该等待队列的长度，在过去M小时内，记录的所有的该长度的平均值为该无线路由节点当前的平均等待队列长度；所述M=24；所述无线传感器通过以下五个模块寻找附近的无线路由节点，并接入一个无线路由节点，从而完成组网，所述无线传感器包括：扫描模块，用于在所述无线传感器上电后，扫描附近所有的无线路由节点的信号，并获取各个无线路由节点的RSSI值；其中，无线传感器在扫描时，发送一个请求帧，当无线路由节点接收到该请求帧时，回复一个响应帧，无线传感器从该响应帧中获取无线路由节点的标识符，同时根据该响应帧测量相应无线路由节点的RSSI值；检查模块，用于检查获取的各个无线路由节点的RSSI是否大于预定义的RSSImin，假设共有n个无线路由节点的RSSI大于RSSImin，如果n≤1，则该无线传感器直接接入RSSI最大的那个无线路由节点；请求模块，用于向所述n个无线路由节点发送请求，要求获取其发送数据包的平均等待队列长度；计算模块，用于基于获取的所述n个无线路由节点的RSSI值和平均等待队列长度，为所述n个无线路由节点分别计算一个排序值；假设所述n个接入点为A1，A2，……，An，其中Ai的RSSI值设为RSSIi，Ai的平均等待队列长度为Li，则该Ai的排序值Pi通过以下公式计算，即：其中，W1和W2是预定义的权重值，且满足W1+W2=1；接入模块，用于使所述无线传感器接入排序值最大的无线路由节点；各个无线传感器通过所述接入模块分别接入相应的无线路由节点，完成无线传感网络的组建。