一种wifi网络跨接站及基于该wifi网络跨接站的隧道施工环境参数采集系统的制作方法

本实用新型涉及一种wifi网络跨接站以及一种基于无线网络的恶劣环境参数采集系统，能够使基于AP热点的wifi网络摆脱网线的限制, 实现了wifi网络的纯无线覆盖。

背景技术：

隧道施工环境恶劣，工况复杂。有效的隧道施工环境参数采集系统是保障隧道施工有序进行的有力手段。然而，隧道施工现场布线困难。现有的有线网络参数采集系统很容易因现场的施工和车辆运行而受到破坏，维护工作量大。无线传感器网络是一种分布式传感器网络，被广泛地应用于工矿企业、环境监测等领域。目前比较流行的无线传感器网络协议包括RF无线射频技术、蓝牙、Zigbee和Wifi。RF技术功能较弱，控制方式比较单一，且易受周围环境的干扰和屏蔽。蓝牙技术在成本、传输距离和功耗方面还很难令人满意。Zigbee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术，被广泛应用于自动控制和远程控制领域。但是其带宽无法满足现代工业的发展需求。

Wifi是一种可以将个人电脑、手持设备等终端以无线方式互联的通信技术，具有速度快、可靠性高等特点。Wifi无线网络的拓扑结构主要有两种：Infrastructure（基础架构模式）和Ad-Hoc（点对点）。Infrastructure结构是STA（工作站）和无线AP建立的一种网络结构，已网络中心的AP起桥接作用。Ad-Hoc结构是一种省去了无线AP（Access Point）而搭建起的对等网络结构。相比较而言。前者具有协议成熟，传输可靠的优点；但是AP需要通过有线方式与交换机相连，不适合恶劣工业环境。后者具有网络结构灵活，完全不需要有线连接的优点，但是各层协议复杂，目前还处于研究之中。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术不足，提出了一种wifi网络跨接站及基于该wifi网络跨接站的隧道施工环境参数采集系统，基于无线网桥和以AP为核心的Wifi覆盖方式，实现了wifi网络的纯无线覆盖，有效解决了恶劣环境下布线困难的问题。

本实用新型所采用的技术方案：

一种wifi网络跨接站，由无线网桥、无线AP、蓄电池及站监控单元组成，每一个网络跨接站均含有两个无线网桥，两个无线网桥分别和一个无线AP连接，无线AP向周围发射wifi信号；蓄电池为所述无线网桥和无线AP供电，站控制单元负责监测电网电压、蓄电池电量，并在有外部供电的情况下管理蓄电池的充放电。

所述的wifi网络跨接站，所述站监控单元由一个单片机（MCU）、一个充电器、两个继电器（RLY）、一个以太网模块（ET）、一个库仑计（KLJ）、一个LED应急照明灯和一个稳压器（WY）构成；单片机通过SPI接口控制以太网模块（ET），向网络服务器传送本站的参数；单片机通过I/O口分别采集充电器的充电状态（是否有电），控制两个继电器实现充电开启和LED开启功能；通过串口RX接收库仑计采集的蓄电池电压、电流、电量等参数信息；稳压器（WY）将蓄电池的9V电压转变为5V电压供给单片机；蓄电池经过库仑计（KLJ）后给各个负载（包括无线热点、无线网桥和LED照明灯）供电。

所述的wifi网络跨接站，整个网络跨接站采用防爆外壳封装，天线及电源通过采用带密封盖的航空插头接入内部，以保证整个网络跨接站的防尘防水性能。

一种基于所述wifi网络跨接站的隧道施工环境参数采集系统，由数据服务器、n个网络跨接站和m个无线传感器节点组成，所述m、n为大于1的自然数，一个网络跨接站中的两个无线网桥分别和相邻的网络跨接站通过wifi相连，每相邻的网络跨接站之间保持一定的距离，使得彼此的wifi信号覆盖范围相互衔接，网络跨接站之间通过无线网桥实现局域网络的互相连接；所述数据服务器和网络跨接站通过无线网卡连接；无线传感器节点和网络跨接站无线连接。

所述的基于wifi网络跨接站的隧道施工环境参数采集系统，无线传感器节点由CPU、wifi模块、传感器、接口电路和电池单元组成，CPU采集传感器数值并通过wifi模块将数据传输至服务器；同时，CPU根据所在网络环境计算所处的位置，并将该位置信息上传服务器。

所述的基于wifi网络跨接站的隧道施工环境参数采集系统，网络中，数据服务器的IP地址固定以便于其它无线终端对服务器的访问，其它无线终端的IP地址设置为自动获取；所述的其它无线终端，包括：数据服务器、无线传感器节点、笔记本电脑、平板电脑和手机，可以在各个无线热点的覆盖范围之间进行漫游切换。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型wifi网络跨界站及采用基于该wifi网络跨接站的隧道施工环境参数采集系统，采用基于无线网桥和以AP为核心的Wifi网络覆盖方式，能够使基于AP热点的wifi网络摆脱网线的限制。整个网络采用纯无线wifi连接技术，实现了wifi网络的纯无线覆盖，有效解决了恶劣环境下布线困难的问题。

2、本实用新型基于wifi网络跨接站的恶劣环境参数采集系统，既保持了wifi网络的适应度强（可连接电脑、手机、平板等多种终端）、带宽高（可传输视频等大文件）的优点，又具有无线传感器网络的纯无线特点，适合恶劣环境工况下的参数采集，无需布线，施工方便，容易实现，电源取之于环境照明或施工电源，避免了传统有线采集参数布线的麻烦，不会与恶劣环境下的照明线、电源线等产生交叉干扰。

附图说明

图1是本实用新型隧道施工环境参数采集系统结构原理图；

图2是本实用新型wifi网络跨接站原理结构示意图；

图3是本实用新型wifi网络跨接站站监控单元结构原理图；

图4是本实用新型隧道施工环境参数采集系统无线传感器网络节点结构原理图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

参见图2，本实用新型提出了一种wifi网络跨接站，所述网络跨接站由两个无线网桥、一个无线AP、一个蓄电池和一个站监控单元组成。每一个网络跨接站均含有两个无线网桥，两个无线网桥分别和一个无线AP连接，无线AP向周围发射wifi信号；两个无线网桥分别和另外的网络跨接站通过wifi相连。

蓄电池为所述无线网桥和无线AP供电，站控制单元负责监测电网电压、蓄电池电量，并在有外部供电的情况下管理蓄电池的充放电。大功率无线热点（无线AP）向周围发射wifi信号。Wifi信号覆盖范围在100米至300米可调。

实施例2

参见图2、图3。本实施例的wifi网络跨接站与实施例1的不同之处在于：如图3所示，站监控单元由一个单片机（MCU）、一个充电器、两个继电器（RLY）、一个以太网模块（ET）、一个库仑计（KLJ）、一个LED照明灯和一个稳压器（WY）构成。单片机（MCU）通过SPI接口控制以太网模块（ET），向网络服务器传送本站的参数；单片机通过I/O口分别采集充电器的充电状态（是否有电），控制两个继电器实现充电开启和LED开启功能；单片机通过串口RX接收库仑计采集的蓄电池电压、电流、电量等参数信息。稳压器（WY）将蓄电池的9V电压转变为5V电压供给单片机；蓄电池经过库仑计（KLJ）后给各个负载（包括无线热点、无线网桥和LED照明灯）供电。

当蓄电池电量低于一个设定值时，站控制单元开启充电电路，为蓄电池充电。在供电线路（取自照明系统）有电的情况下，站控制单元关闭LED照明灯。当供电线路由于故障断电时，站控制单元打开LED灯作为应急照明。

整个网络跨接站采用防爆外壳封装，天线通过航空插头接入内部，保证整个网络跨接站的防尘防水性能。电源插头同样采用带密封盖的航空插头。

实施例3

参见图1，本实施例为基于所述wifi网络跨接站的隧道施工环境参数采集系统，由数据服务器、n个网络跨接站和m个无线传感器节点组成，所述m、n为大于1的自然数，一个网络跨接站中的两个无线网桥分别和相邻的网络跨接站通过wifi相连，每相邻的网络跨接站之间保持一定的距离，使得彼此的wifi信号覆盖范围相互衔接，网络跨接站之间通过无线网桥实现局域网络的互相连接；所述数据服务器和网络跨接站通过无线网卡连接；无线传感器节点和网络跨接站无线连接。

其中，网络跨接站之间通过无线wifi方式互相连接。同时，网络跨接站可以通过无线热点向其周围覆盖wifi信号。两个网络中继站之间保持一定的距离（100米至300米），使得彼此的wifi信号覆盖范围相互重叠。

所有的网络跨接站中无线热点名称和密码保持一致。网络中，数据服务器的IP地址固定以便于其它无线终端对服务器的访问，其它无线终端的IP地址设置为自动获取；其它无线终端，包括数据服务器、无线传感器节点、笔记本电脑、平板电脑和手机，可以在各个无线热点的覆盖范围之间进行漫游切换。

实施例4

参见图1、图4，本实施例的基于wifi网络跨接站的隧道施工环境参数采集系统，进一步公开了采用的无线传感器节点结构。

如图4所示，所述的无线传感器节点由CPU、wifi模块、传感器、接口电路和电池单元组成，CPU采集传感器数值并通过wifi模块将数据传输至服务器；同时，CPU根据所在网络环境计算所处的位置，并将该位置信息上传服务器。

CPU采集电池的实时电量，并上传服务器。CPU通过接口电路完成功能设置、状态显示和电池充电等管理功能。