专利名称：一种异构的多通道无线传感器井下检测系统的制作方法
技术领域：
本发明远程监测系统检测系统，特别涉及用于矿井安全监测的一种异构多通道无 线传感器网络的节点组成及通信方法。
背景技术：
目前，在世界上许多国家的矿井监测都处于人工监测阶段，由于矿井内环境的变 化不能及时传达到地面监测中心，导致矿难发生时，矿井下工作人员不能及时撤离危险地 带，造成了极大的人员伤亡和经济损失。我国由于矿难频发，许多重点矿区已安装监控监测 系统。但是，现有矿井监控系统均存在着通用性差、智能程度低等问题，既不符合智能型集 中监控的要求，又不能满足安全生产的需要。因此，对矿井下环境状况如何及时、可靠地监 测并将异常信息快速准确的发送到监控中心并及时通知处于危险中的工作人员显得非常 重要。目前，煤矿安全监测监控系统主要存在的问题有以下几个方面1、现有矿井监控监测系统均针对某一监控对象开发，为单一的环境安全、皮带开 停、提升运输、设备开停等专用监控系统，从而造成设备、配件互不通用，信道各自为政，信 息不能共享。2、现有矿井监控监测系统均为某一监控目的而开发，用户难以通过简单的操作实 现多方面监控的目的。3、现有矿井监控监测系统均需要较高的成本和功耗，扩展性不强，难以随矿井规 模的扩大便捷地增加监控区域。
发明内容
技术问题本发明的目的在于设计一种无线传感器网络的组建方法和通信方法， 在整个网络成本增加不大的情况下，添加多个子网，每个子网占用独立的通信信道，构建出 “子网+主干网”的两级网络架构进行数据传输，网络架构采用有线通信与无线通信相结合 的异构组网方式，以此提高整个无线传感器网络的稳定性和可靠性。其中，所设计的传感器 节点电路简单、数据传输方式先进、网络可扩展性强、功耗低、成本低。技术方案本发明为实现上述目的，采用如下技术方案本发明一种异构的多通道无线传感器井下检测系统，包括主干网、网关、基站、监 测中心和η个结构相同的传感器子网，其中主干网包括主干网汇聚节点以及η个主干网接 收节点，每个传感器子网都包括m个子网数据采集节点和子网数据汇聚节点，子网数据采 集节点分别通过子网数据汇聚节点与对应的主干网接收节点无线连接，η个主干网接收节 点分别依次通过主干网汇聚节点、网关、基站后与监测中心连接，其中n、m都为大于1的自 然数。优选地，所述子网数据采集节点包括供电单元、数据处理器、传感器和无线收发电路，其中供电单元给数据处理器供电，数据处理器将传感器采集的数据处理后通过无线收 发电路发送至子网数据汇聚节点。优选地，所述子网数据采集节点包括固定数据采集节点和移动数据采集节点，固 定数据采集节点部署在矿井工作面上的最底层，移动数据采集节点部署在矿工身。优选地，所述主干网接收节点包括供电单元、数据处理器、串口电路和无线收发电 路，其中供电单元给数据处理器供电，数据处理器将通过串口电路接收到的对应子网数据 汇聚节点发送的子网传感器数据处理后通过无线收发电路发送至主干网汇聚节点。优选地，所述主干网汇聚节点包括供电单元、数据处理器、串口电路和无线收发电 路，其中供电单元给数据处理器供电，数据处理器将通过串口电路接收到的对应子网数据 汇聚节点发送的子网传感器数据处理后通过无线收发电路发送至网关。优选地，所述子网数据采集节点包括传感器模块、射频模块和能量供应模块，其中 能量供应模块分别给传感器模块和射频模块供电，传感器模块与射频模块双向连接。有益效果其一，本发明所设计的传感器节点，包括相互电连接并通信的传感器模块、射频模 块和能量供应模块，根据实际环境的需要安装的湿度传感器、压力传感器、可燃气体传感器 和氧气传感器集中安装在一个传感器节点上，通过4个AD 口传送采集的模拟数据给射频模 块处理并通过天线发送，提高了监控监测目的和对象的集成度，降低了成本。其二，本发明设计的用于矿井安全监测的传感器节点采用了一系列低功耗措施 1、采用了低功耗、集成度高的元器件；2、采用了单电源、低电压的供电方式；3、大量采用电 源芯片进行电压的升降，使线路的电流损耗降到最低。
图1为无线传感器网络示意图。图2为子网数据采集节点示意图。图3为主干网接收节点示意图。图4为数据汇聚节点示意图。图5为终端数据采集节点的组成框图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施实例对本发明作进一步详细描述。如图1所示，本发明所描述的无线传感器网络，由若干个子网、一个主干网和一个 网关构建而成，各子网和主干网都使用独立频率的通信信道进行无线通信，互不干扰。子网 中分别由若干个子网数据采集节点ED-S和子网数据汇聚节点AP-S组成。每个子网中的节 点烧写入对应的网络号，使其只能与本子网中的其它节点进行无线通信，保证了各个子网 中的节点不会由于加入错误的网络而造成数据丢失。所述若干子网数据采集节点首先加入 到由子网数据汇聚节点建立的网络，再通过无线通信方式，将传感器数据发送至子网数据 汇聚节点。子网数据汇聚节点与其它采集节点构建无线传感器网络，通过无线接收子网内 数据采集节点发送的数据帧，将所有收到的数据使用串口通信方式发送至主干网的接收节 点，同时完成部分网络管理工作。所述主干网接收节点，唯一地对应着每个子网，通过串口通信方式，负责接收子网数据汇聚节点发送的所有子网传感器数据，并将收到的数据使用 无线方式发送至主干网数据汇聚节点。所有子网中各相应节点均要完成上述工作内容。对 主干网中的数据汇聚节点，最终将把其接收到的数据发送至网关，供上层服务器监测使用。如图2所示，终端数据采集节点即子网数据采集节点是由挂载了特定传感器装置 的传感器模块，用于与子网内部数据汇聚节点进行无线通信的无线收发模块，用于数据处 理的数据处理器模块以及供电模块构成。供电模块采用锂电池为节点各部分供电，传感器 采集周围环境的特定数据，数据处理器为一块加强型51单片机，用于定时接收传感器数据 并进行数据帧格式的校正，将符合特定格式的数据帧发送至无线收发模块，发送至数据汇 聚节点。如图3所示，主干网接收节点相比于子网数据采集节点，减少了传感器模块，增加 了串口通信模块。串口模块主要用于接收对应子网数据汇聚节点发送的子网传感器数据。 使用串口通信方式，解决了子网与主干网的数据交互任务，而有线传输也进一步保证了数 据的可靠性。对于无线收发模块，主要用于加入主干网络并将各子网的传感器数据发送至 主干网数据汇聚节点。如图4所示，数据汇聚节点示意图与图3中所示各模块一致，但实现功能有所不 同。对于子网的数据汇聚节点，所示无线收发模块用于接收由子网数据采集节点发送的传 感器数据，收到的数据将由串口通信，发送至对应该子网的主干网接收节点；对于主干网汇 聚节点，所示无线收发模块用于无线接收由主干网接收节点所发送的各子网传感器数据， 收到的数据将由串口通信发送至网关，由上位机对数据作进一步处理。如图5所示，子网数据采集节点的组成框图，包括传感器模块、射频模块和能量处 理模块，传感器模块直接与能量处理模块电连接，射频模块通过第一 24脚接口 JPl和第三 24脚接口 Hl与传感器模块和能量处理模块电连接。
权利要求
一种异构的多通道无线传感器井下检测系统，其特征在于包括主干网、网关、基站、监测中心和n个结构相同的传感器子网，其中主干网包括主干网汇聚节点以及n个主干网接收节点，每个传感器子网都包括m个子网数据采集节点和子网数据汇聚节点，子网数据采集节点分别通过子网数据汇聚节点与对应的主干网接收节点无线连接，n个主干网接收节点分别依次通过主干网汇聚节点、网关、基站后与监测中心连接，其中n、m都为大于1的自然数。
2.根据权利要求1所述的一种异构的多通道无线传感器井下检测系统，其特征在于所 述子网数据采集节点包括供电单元、数据处理器、传感器和无线收发电路，其中供电单元给 数据处理器供电，数据处理器将传感器采集的数据处理后通过无线收发电路发送至子网数 据汇聚节点。
3.根据权利要求1或2所述的一种异构的多通道无线传感器井下检测系统，其特征在 于所述子网数据采集节点包括固定数据采集节点和移动数据采集节点，固定数据采集节点 部署在矿井工作面上的最底层，移动数据采集节点部署在矿工身。
4.根据权利要求1所述的一种异构的多通道无线传感器井下检测系统，其特征在于所 述主干网接收节点包括供电单元、数据处理器、串口电路和无线收发电路，其中供电单元给 数据处理器供电，数据处理器将通过串口电路接收到的对应子网数据汇聚节点发送的子网 传感器数据处理后通过无线收发电路发送至主干网汇聚节点。
5.根据权利要求1或4所述的一种异构的多通道无线传感器井下检测系统，其特征在 于所述主干网汇聚节点包括供电单元、数据处理器、串口电路和无线收发电路，其中供电单 元给数据处理器供电，数据处理器将通过串口电路接收到的对应子网数据汇聚节点发送的 子网传感器数据处理后通过无线收发电路发送至网关。
6.根据权利要求1所述的一种异构的多通道无线传感器井下检测系统，其特征在于所 述子网数据采集节点包括传感器模块、射频模块和能量供应模块，其中能量供应模块分别 给传感器模块和射频模块供电，传感器模块与射频模块双向连接。
全文摘要
本发明公布了一种异构的多通道无线传感器井下检测系统，包括主干网、网关、基站、监测中心和n个结构相同的传感器子网，其中主干网包括主干网汇聚节点以及n个主干网接收节点，每个传感器子网都包括m个子网数据采集节点和子网数据汇聚节点，子网数据采集节点分别通过子网数据汇聚节点与对应的主干网接收节点无线连接，n个主干网接收节点分别依次通过主干网汇聚节点、网关、基站后与监测中心连接。本发明提高了监控监测目的和对象的集成度，降低了成本。
文档编号H04W84/18GK101932131SQ20101027564
公开日2010年12月29日 申请日期2010年9月7日 优先权日2010年9月7日
发明者石皛磊 申请人:东南大学