本发明属于洁净车间领域，尤其涉及一种基于传感器网络的洁净车间运行方法及系统。
背景技术：
近年来，随着经济的发展和生活水平的提高，目前在电子、制药、食品、生物工程、医疗等领域对洁净车间的要求越来越高， 洁净技术也随之发展起来。它综合了工艺、建筑、装饰、给排水、空气净化、暖通空调等各方面的技术。洁净厂房的空调控制，依照《洁净室施工验收规范》，《洁净厂房设计规范应》，《采通风与空气调节设计规范》等国家标准，需要对温湿度、正压、风速等方面进行控制。现有技术中通常是在空调机组中增加部分的传感器，对温湿度以及出风压力及风速控制。
但是，一方面，现有技术中的空调系统的运行模式单一，不利于节能减排；对空调设备的故障监控不足，不能再故障发生时即使维修保养；空调能耗大，不能根据生产过程中的不同情况自动或手动调节空调设备。 另一方面，由于洁净车间需要设置大量传感器监控，并且常常需要根据具体情况增减和调整传感器，现有技术中的传感器设置都是固定连接形式的，这导致了其连接的增减和调整不易。
对于现有技术的上述缺点，还没有一种完善的解决方案。
技术实现要素：
为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种基于传感器网络的洁净车间运行方法及系统。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于传感器网络的洁净车间系统，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；
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是预定义的时间值；
所述无线传感器还包括：
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；
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。
进一步地，所述无线传感器包括无线温湿度子节点。
进一步地，所述上位机的界面显示包括空调暖通系统流程图画面、历史数据查询画面、报警查询画面、空调运行参数设置画面、用户管理画面、报表打印画面；所述空调暖通系统流程图画面包含风管及洁净车间温湿度、洁净车间压差、电动执行器阀位状态、空调生产模式、值班模式、消毒模式切换；空调运行参数设置画面包括风管及洁净车间温湿度、洁净车间压差设置、空调生产模式、值班模式、消毒模式运行时各风机频率以及风阀开度。
进一步地，所述露点温度变送器安装于空调机组的一次表冷器，压差变送器安装于空调机组风管出风口，压差开关安装于空调机组各级过滤器，风管温湿度变送器分别安装于空调机组的新风口、出风口以及回风口，温湿度变送器安装与洁净车间内，防冻开关安装于一次表冷器，模拟量风阀执行器安装于风阀，开关量风阀执行器安装与风阀开关，水阀/蒸汽阀执行器安装与水阀/蒸汽阀，风机控制柜与风机电连接，臭氧发生器安装与空调系统的出风口前端，无线传感器和无线路由节点均布于所述洁净车间。
进一步地，所述PLC/DCC控制柜安装有工业触摸屏作为本地显示和操作，由PLC或DDC作为控制器；控制器程序包括手动控制和自动控制；手动控制状态下，由用户手动控制各执行器和风机；自动控制包括停机模式、生产模式、值班模式以及消毒模式；生产模式和值班模式状态下，PLC/DCC控制柜根据风管温湿度变送器的反馈信号通过PID比例积分微分算法计算后控制空调机组上安装的各执行器及风机；消毒模式状态下，PLC/DCC控制柜通过控制开启臭氧发生器；消毒模式包括消毒循环、消毒密闭、消毒排气三种模式。
本发明还提出了一种基于传感器网络的洁净车间运行方法，其特征在于，所述洁净车间包括无线采集协调器、多个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；所述无线采集协调器将数据包再发送给上位机；所述方法包括以下步骤：
（1）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是预定义的时间值；
（2）无线传感器在上电后，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；
（3）所述无线传感器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，则该传感器直接接入RSSI最大的那个无线路由节点，否则继续下述步骤；
（4）无线传感器向所述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；
（5）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，该无线传感器为所述n个无线路由节点分别计算一个排序值；假设n个接入点为A1，A2，……，An，其中Ai的RSSI值设为RSSIi（1≤i≤n），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；
（6）所述无线传感器选择接入排序值最大的无线路由节点，从而完成组网。
本发明的有益效果包括：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，并且各个无线传感器可以自动组成一个性能平衡的传感器网络。
附图说明
此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1是本发明系统的框架图。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
参见附图1，其示出了本发明的洁净车间运行系统，该系统包括空调机组和控制系统，控制系统由远程监控管理层、数据传输通讯层、数据采集控制层和设备仪表层等四层结构组成。其中远程监控管理层包括一个或多个上位机11、打印机12，上位机和打印机都由UPS不间断电源13供电；数据传输层包括一个或多个交换机或通讯转换器21，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；数据采集控制层包括一台或多台PLC/DDC控制柜31，一个或多个洁净车间温湿度无线采集系统协调器32，且控制柜31可按需求配备工业触摸屏；设备仪表层可按需求配置露点温度变送器401、洁净室压差变送器402、空调机组初中效和洁净车间高效压差开关403、空调系统风管温湿度变送器404、洁净车间房间温湿度变送器405、空调机表冷盘管防冻开关406、空调机新风模拟量风阀执行器407、空调系统密闭阀开关量风阀执行器408、空调机表冷/加热/加湿段电动水阀/蒸汽阀执行器409、空调机送风机/排风机风机控制柜410、洁净车间消毒用臭氧发生器411、洁净车间温湿度无线采集子节点412、洁净车间温湿度无线采集路由节点413。
上位机11具有洁净车间空调暖通系统流程图画面、历史数据查询画面、报警查询画面、空调运行参数设置画面、用户管理画面、报表打印画面等；所述上位机11流程图画面具有风管及洁净车间温湿度、洁净车间压差数据实时显示，电动执行器阀位状态显示和控制，空调生产模式、值班模式、消毒模式切换等功能。上位机11空调运行参数设置画面具有风管及洁净车间温湿度、洁净车间压差设置，空调生产模式、值班模式、消毒模式运行时各风机频率、风阀开度设置。
控制柜31由PLC或DDC作为控制器，工业触摸屏作为本地显示和操作；控制器程序分为手动控制、自动控制两部分。手动控制时可由操作人员通过触摸屏或者上位机独立控制各个执行器和风机。自动控制时控制器程序由用户选择的空调运行模式和设置好的各个模式对应参数自动运行；控制器31自动控制程序分为停机模式、生产模式、值班模式、消毒模式。生产模式时满足洁净车间生产运行时需要的换气次数、房间压差梯度、温湿度等要求；值班模式时在满足洁净车间洁净度要求的房间压差梯度下，适当降低风量减少换气次数，达到节能效果；消毒模式时通过消毒使洁净车间洁净度满足生产要求。其中消毒模式又分为消毒循环、消毒密闭、消毒排气三种模式；停机模式时所有风机处于停止状态，所有电动执行器处于关闭位置；生产模式时先打开该模式下应打开的风阀，当控制器获得风阀开到位信号时再开启该模式下需要开启风机，并按设定频率运行；值班模式与生产模式相同；消毒循环、密闭、排气模式与生产模式相同，切换到消毒模式时，系统先进入消毒循环，循环计时时间到后，进入消毒密闭模式，密闭计时时间到后，进入消毒排气模式，排气计时时间到后进入生产模式；空调生产模式时根据回风温湿度通过PID比例积分微分算法调节表冷阀、加热阀、加湿阀开度使洁净室温湿度满足生产要求。
空调机组安装露点温度变送器401用于检测一次表冷后温度调节一次表冷阀达到新风露点除湿功能，系统上安装压差变送器402用于检测洁净车间房间压差值、风管静压值，安装压差开关403用于检测空调机初效/中效、洁净室高效等过滤器堵塞报警、风机缺风报警，安装风管温湿度传感器404用于检测新风温湿度、回风温湿度、送风温湿度，安装房间温湿度变送器405用于检测洁净车间温湿度，安装防冻开关406用于检测一次表冷器温度，安装模拟量风阀执行器407用于调节风阀开度，安装开关量风阀执行器408用于控制风阀开关，安装水阀/蒸汽阀执行器409用于控制水阀/蒸汽阀开度，安装风机控制柜410用于控制变频或普通风机，安装臭氧发生器411用于消毒模式时设备联动，安装洁净车间温湿度无线采集子节点412用于采集洁净车间温湿度和无线传输数据，安装洁净间温湿度无线采集路由节点413用于增加无线数据传输距离。
无线采集协调器32负责整个无线传感器网络的运营，根据本发明的一个实施例，该无线采集协调器在上电后自动创建无线网络并将无线信号接收范围内具有网络标识符的洁净车间温湿度采集无线路由节点413和子节点412加入网络中，并且按照用户设定的采集频率定时广播采集指令，并等待接收来自各子节点的数据，接收完毕后，协调器将数据打包发送到上位机。上述子节点实质上可以是各种类型的无线传感器，温湿度子节点仅仅是一个示例，本领域技术人员可以在系统使用其他功能的无线传感器（例如气压无线传感器）作为子节点。
上述实施例中，每个子节点是等待无线采集协调器定时广播的采集指令进行采集。但是，这种方式过于依赖无线采集协调器，灵活性不足，实际使用时，对于不同类型的传感器可能需要不同的采集间隔时间，因此基于本发明的另一个实施例，整个传感器网络可以动态建立，每个传感器的采集时间自行设定。
基于该实施例，首先，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可以覆盖车间的所有区域，这样后续可以在车间的各个位置随意增加无线传感器。不同无线路由节点的无线覆盖范围之间必然会出现交集，因此每个无线传感器在实际应用中可能处于多个无线路由节点的无线覆盖范围之内。
无线传感器可以有各种类型，在安装无线传感器时，根据其类型和安装的位置，为其设置一个采样时间，当该无线传感器上电后，将每隔一个该采样时间进行一次采样，并上传采样数据。
每个无线传感器在上电后，首要的工作是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。但是，由于多个无线路由节点的覆盖范围是有交集的，因此通常情况下，每个无线传感器会发现自己处于多个无线路由节点的无线覆盖范围内，此时无线传感器必须从中选择一个无线路由节点完成组网，具体的组网方法如下：
（1）无线传感器在上电后，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。
RSSI，即接收信号强度值，其与无线路由节点的信号发送功率有关，并且随着距离越远，接收到的信号的RSSI越小。传感器在扫描无线路由节点的信号时，就可以通过该信号测量各个无线路由节点的RSSI值。通常而言，如果一个无线路由节点对于该无线传感器的RSSI值越高，无线传感器和无线路由节点之间的链路质量越好，RSSI越低，无线传感器和无线路由节点之间的链路质量越差。
无线传感器在扫描时，可以发送一个请求帧，当无线路由节点接收到该请求帧时，会回复一个响应帧，无线传感器可以从该相应帧中获取无线路由节点的标识符，同时也可以根据该响应帧测量相应无线路由节点的RSSI值。
（2）无线传感器检查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，则该传感器直接接入RSSI最大的那个无线路由节点，否则继续下述步骤。
如前所述，RSSI越低，无线传感器和无线路由节点之间的链路质量越差，当RSSI低到一定程度，极差的链路质量会导致极差的传输质量，即传输会经常失败，重传次数会明显增加，甚至导致无线传感器掉线。因此，无线传感器在选择无线路由节点时，需要有一个可接受的最低的RSSI值，记为RSSImin，该RSSImin是预先设置的一个RSSI值。
（3）该无线传感器向所述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。
这里需要说明本发明的平均等待队列长度的概念，每个无线传感器在采样数据后，将所采集的数据打包，组成一个数据包，发送到所接入的无线路由节点。而本发明的无线路由节点具有一个缓冲存储区，当该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，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，如此不断重复。当每个数据包进入该等待队列时，无线路由节点就记录一次该等待队列的长度（即等待队列中共有多少个数据包），则该长度最小为1。假设在过去的M小时内，该无线路由节点接收了K个数据包，则应当记录了K个等待队列的长度，这K个等待队列长度的平均值就是平均等待队列长度。其中，M是一个预定义的时间值，优选的，M=24，即一天内的平均值，可以反映全天的平均情况。如果该无线路由节点过去M小时内并未接收过数据包，则其平均等待队列长度默认为1.
（4）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，该无线传感器为所述n个无线路由节点分别计算一个排序值。
具体地，假设n个接入点为A1，A2，……，An，其中Ai的RSSI值设为RSSIi（1≤i≤n），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；
（5）所述无线传感器选择接入排序值最大的无线路由节点，从而完成组网。
上述步骤也可以通过无线传感器中相应的模块完成，通过上述方式，各个无线传感器可以分别接入各种选择的无线路由节点，完成无线传感网络的组建，并且可以平衡无线路由节点和无线传感器之间的数据传输，相对于现有的随机接入具有更好的技术效果。整个系统可以随意增减无线传感器，并不会影响整个无线传感网络的性能。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。