专利名称：基于无线传感器网络的机场助航灯光单灯监控系统的制作方法
技术领域：
本发明属于民航技术领域，特别是涉及一种基于无线传感器网络的机场助航灯光单灯监控系统。
背景技术：
机场助航灯光系统是保障飞机在夜间、低能见度及其它复杂天气条件下正常起飞、着陆、滑行的必要目视助航设备。为使飞行员有明晰的视觉效果和区别于其他灯光，助航灯光系统中设置了不同的回路，由塔台和灯光站对所有回路中不同种类起不同功能的助航灯进行控制。图I为目前常用的助航灯光系统组成示意图。如图I所示，这种助航灯光系统主要由交流电源I、恒流调光器2、升压变压器3、多个隔离变压器4和多盏助航灯5组成。
助航灯光系统的工作状况、可靠性与飞机安全紧密相关。工作过程中，助航灯5的性能会因周围环境及自身寿命等因素出现问题，这样就会影响机场的正常运行，故对助航灯5工作状况进行监控十分重要。多年来，大多数机场对助航灯5的检测主要还是采取人工巡检方式。现行的人工巡检需要工作人员每天开灯、开车沿跑道逐灯进行巡视、检查，一天需数次，这样不仅费时、费力，而且效率也低下。特别是当出现大雾或能见度低等恶劣天气而最需要巡检时，由于跑道上不时有飞机起降，结果导致人工巡检无法进行，因此不能保证助航灯光系统安全工作。现在国内少数机场采用助航灯光监控系统对助航灯5工作状况进行检测，对于助航灯光监控系统来说，检测灯泡的坏、暗、浸水、接触不良等容易实现，关键在于每个助航灯5的信息如何从跑道周边的各灯位传送到灯光站的计算机中。目前这些机场使用的助航灯光监控系统主要采取以下两种通讯方式电力载波和光纤通信频分复用。前者由于带宽、链路上互感线圈等各种因素的影响，存在干扰大，信号削减严重，传输速度慢等问题。后者实现技术复杂，所需设备不易小型化，而且由于不提供差错控制技术，所以不便于性能监测。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可靠性强、系统布设简单的基于无线传感器网络的机场助航灯光单灯监控系统。为了达到上述目的，本发明提供的基于无线传感器网络的机场助航灯光单灯监控系统包括多个单灯监控节点、多个中继节点、无线基站和计算机监控中心；其中每盏助航灯周围配置一个单灯监控节点，各单灯监控节点之间以无线方式连接；中继节点采用GPRS模块，直接在助航灯供电回路中取电，多个中继节点均匀设置在跑道和进近区内的助航灯间，其与单灯监控节点之间通过无线方式相连，而与无线基站之间以GPRS方式相接；无线基站和计算机监控中心均安置在塔台内，两者之间通过数据线相接。所述的单灯监控节点包括传感器模块、处理器模块、无线通信模块和电源模块；其中处理器模块、无线通信模块和电源模块封装在一起，置于助航灯的灯位附近；传感器模块与处理器模块相连，其包括ー个湿度传感器和ー个闭环霍尔电流传感器，湿度传感器安装在助航灯光系统中ー个隔离变压器的铁桶内，用于检测封装隔离变压器的铁桶内是否进水；闭环霍尔传感器接在一个助航灯光回路中，用于检测该灯光回路中是否有电流通过，据此判断灯泡是否断芯；传感器模块用于将其上传感器采集到的模拟信号进行模数转换，然后传送给处理器模块；处理器模块与无线通信模块相连，其将接收到的由传感器模块传送的数据与给定的标准值进行比对，井根据比对结果判断助航灯系统是否发生故障，然后将处理后的信息传送给无线通信模块；无线通信模块用于将处理器模块处理后的信息以无线形式传送给中继节点，最后由中继节点以GPRS形式传送给无线基站；电源模块同时与传感器模块、处理器模块、无线通信模块相连，用于为这些模块提供电能。所述的多个单灯监控节点分为多簇，每簇包括ー个簇头节点和多个普通节点。本发明提供的基于无线传感器网络的机场助航灯光单灯监控系统可对助航灯进行监控，其由无线基站向可寻址的单灯监控节点发送命令和接收状态信息，并通过单灯监控节点中的传感器获得各助航灯的状态信息，在助航灯发生故障时能及时上报给位于塔台的计算机监控中心，以通知机场工作人员及时排除故障，这样不仅在一定程度上提高了机场的运行效率，而且还减轻了机场助航灯维护人员和操作人员的工作強度，方便设备的维 护。本系统具有如下优点1、系统布设简单，将无线传感器网络应用于机场助航灯光监控系统中，安装调试维护均十分方便，布设简单，无需布线。2、可靠性强，现有监控系统中在隔离变压器与灯泡间安装检测电路对助航灯状态进行监控，一旦检测电路发生故障，可能导致对助航灯状态的误判断。而采用无线传感器对助航灯光状态进行监测，则可有效避免这种情况的发生。3、直观性强，机场工作人员能够通过计算机监控中心的监控界面直观对助航灯的状态进行监测、控制、维护和管理。4、动态性強，能在助航灯发生故障时实时将信息传给计算机监控中心，及时通知机场工作人员进行维护。
图I为目前常用的助航灯光系统组成示意图。图2为本发明提供的基于无线传感器网络的机场助航灯光单灯监控系统组成示意图。图3为本发明提供的基于无线传感器网络的机场助航灯光单灯监控系统中单灯监控节点组成框图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明提供的基于无线传感器网络的机场助航灯光单灯监控系统进行详细说明。与已有技术相同的部件采用相同的附图标号，并省略对其进行的说明。如图2所示，本发明提供的基于无线传感器网络的机场助航灯光单灯监控系统包括多个单灯监控节点6、多个中继节点7、无线基站8和计算机监控中心9 ;其中每盏助航灯5周围配置一个单灯监控节点6，各单灯监控节点6之间以无线方式连接；中继节点7采用GPRS模块，直接在助航灯供电回路中取电，多个中继节点7均匀设置在跑道和进近区内的助航灯5间，其与单灯监控节点6之间通过无线方式相连，而与无线基站8之间以GPRS方式相接；无线基站8和计算机监控中心9均安置在塔台内，两者之间通过数据线相接。如图3所示，所述的单灯监控节点6包括传感器模块10、处理器模块11、无线通信模块12和电源模块13 ;其中处理器模块11、无线通信模块12和电源模块13封装在一起，置于助航灯5的灯位附近；传感器模块10与处理器模块11相连，其包括一个湿度传感器和一个闭环霍尔电流传感器，湿度传感器安装在助航灯光系统中一个隔离变压器4的铁桶内，用于检测封装隔离变压器4的铁桶内是否进水；闭环霍尔传感器接在一个助航灯光回路中，用于检测该灯光回路中是否有电流通过，据此判断灯泡是否断芯；传感器模块10用于将其上传感器采集到的模拟信号进行模数转换，然后传送给处理器模块11 ;处理器模块11与无线通信模块12相连，其将接收到的由传感器模块10传送的数据与给定的标准值进行比对，并根据比对结果判断助航灯系统是否发生故障，然后将处理后的信息传送给无线通信模块12 ;无线通信模块12用于将处理器模块11处理后的信息以无线形式传送给中继节点7，最后由中继节点7以GPRS形式传送给无线基站8 ;电源模块13同时与传感器模块10、处理器模块11、无线通信模块12相连，用于为这些模块提供电能。
所述的多个单灯监控节点6分为多簇，每簇包括一个簇头节点和多个普通节点。现将本发明提供的基于无线传感器网络的机场助航灯光单灯监控系统工作过程阐述如下所述的多个单灯监控节点6之间采用分簇的形式进行信息传递。传递按轮进行，每轮由无线基站8向可寻址的单灯监控节点6发送命令和接收状态信息，并按照节点位置分布特点将整个监控网络中的所有单灯监控节点6随机进行分簇，每个簇内选举剩余能量多的单灯监控节点6作为簇头节点，其余单灯监控节点6作为普通节点。每个单灯监控节点6中的传感器模块10将其上湿度传感器和霍尔传感器采集的模拟信号进行模数转换，然后传送给处理器模块11 ;处理器模块11将接收到的传感器模块10发来的数据与给定的标准值进行比对，若湿度传感器发来的数据高于给定值，则判定出铁桶进水；如果灯泡发生故障，那么霍尔传感器只有一个固定值的直流输出，据此处理器模块11便能有效检测出助航灯系统是否发生故障，然后将处理后的信息传送给无线通信模块12 ;若该单灯监控节点6为普通节点，无线通信模块12将监控到的助航灯5的信息通过无线形式传递给簇头节点，簇头节点再将所有信息进行融合后以无线传输方式传递给距离最近的中继节点7。中继节点7将接收到的助航灯5的状态信息以GPRS的传输方式直接传输给位于塔台的无线基站8。无线基站8直接与塔台中的计算机监控中心9相连，将信息直观地反映在监控界面上。监控中心的工作人员可以清楚地观察到跑道和进近区内助航灯5的状态变化，一旦发生故障马上通知维修人员立即采取相应措施。
权利要求
1.一种基于无线传感器网络的机场助航灯光单灯监控系统，其特征在于所述的机场助航灯光单灯监控系统包括多个单灯监控节点(6)、多个中继节点(7)、无线基站(8)和计算机监控中心(9);其中每盏助航灯(5)周围配置一个单灯监控节点￠)，各单灯监控节点(6)之间以无线方 式连接；中继节点(7)采用GPRS模块，直接在助航灯供电回路中取电，多个中继节点(7)均匀设置在跑道和进近区内的助航灯(5)间，其与单灯监控节点(6)之间通过无线方式相连，而与无线基站(8)之间以GPRS方式相接；无线基站(8)和计算机监控中心(9)均安置在塔台内，两者之间通过数据线相接。
2.根据权利要求I所述的基于无线传感器网络的机场助航灯光单灯监控系统，其特征在于所述的单灯监控节点(6)包括传感器模块(10)、处理器模块(11)、无线通信模块(12)和电源模块(13);其中处理器模块(11)、无线通信模块(12)和电源模块(13)封装在一起，置于助航灯(5)的灯位附近；传感器模块(10)与处理器模块(11)相连，其包括一个湿度传感器和一个闭环霍尔电流传感器，湿度传感器安装在助航灯光系统中一个隔离变压器(4)的铁桶内，用于检测封装隔离变压器(4)的铁桶内是否进水；闭环霍尔传感器接在一个助航灯光回路中，用于检测该灯光回路中是否有电流通过，据此判断灯泡是否断芯；传感器模块(10)用于将其上传感器采集到的模拟信号进行模数转换，然后传送给处理器模块(11);处理器模块(11)与无线通信模块(12)相连，其将接收到的由传感器模块(10)传送的数据与给定的标准值进行比对，并根据比对结果判断助航灯系统是否发生故障，然后将处理后的信息传送给无线通信模块(12);无线通信模块(12)用于将处理器模块(11)处理后的信息以无线形式传送给中继节点(7)，最后由中继节点(7)以GPRS形式传送给无线基站⑶；电源模块(13)同时与传感器模块(10)、处理器模块(11)、无线通信模块(12)相连，用于为这些模块提供电能。
3.根据权利要求I所述的基于无线传感器网络的机场助航灯光单灯监控系统，其特征在于所述的多个单灯监控节点(6)分为多簇，每簇包括一个簇头节点和多个普通节点。
全文摘要
一种基于无线传感器网络的机场助航灯光单灯监控系统。其包括多个单灯监控节点、多个中继节点、无线基站和计算机监控中心；其中每盏助航灯周围配置一个单灯监控节点，各单灯监控节点之间以无线方式连接；中继节点采用GPRS模块，直接在助航灯供电回路中取电，多个中继节点均匀设置在跑道和进近区内的助航灯间，与单灯监控节点之间通过无线通讯技术进行通讯，与无线基站之间以GPRS方式相连；无线基站和计算机监控中心均安置在塔台内，两者之间通过数据线相接。本发明提供的机场助航灯光单灯监控系统具有如下优点1、系统布设简单。2、可靠性强。3、直观性强。4、动态性强。
文档编号H05B37/02GK102821524SQ20121029321
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月17日 优先权日2012年8月17日
发明者王丙元, 张晶晶, 王立文, 高建树 申请人:中国民航大学