一種隧道環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種隧道環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，包含匯聚中心、后臺控制中心和由多個傳感器節(jié)點組成的多個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，所述傳感器節(jié)點包含處理器模塊以及與其連接的傳感器模塊、視頻監(jiān)控模塊、聲光報警模塊、串口通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和用于提供傳感器節(jié)點所需電能的電源模塊。本發(fā)明低功耗、低成本、高可靠性，利于構(gòu)建隧道環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，能大大降低整個系統(tǒng)的成本，提高系統(tǒng)的靈活性和智能化。傳感器節(jié)點通過無線通信方式形成多跳、自組織的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，該自組網(wǎng)能力強，可實時同步對隧道環(huán)境的監(jiān)測參數(shù)。能夠?qū)崟r的檢測隧道中的溫度、濕度、光線、有害氣體的成分含量和積累，實時掌握隧道內(nèi)的環(huán)境狀況，有效地保護人員的身體健康。
【專利說明】一種隧道環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，尤其設(shè)計一種隧道環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，屬于環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]隧道內(nèi)的環(huán)境對行車安全及旅客、養(yǎng)護作業(yè)人員的健康會帶來一些特殊問題，主要是因為隧道中的溫度、濕度、光線、有害氣體的成分量和積累。大多數(shù)隧道都是四周封閉的通道，無護欄。無自然光線，隧道中的照明基本上只能由照明設(shè)備提供。當人員白天進入隧道后，由于隧道內(nèi)外光線強弱差別大，人眼不能馬上適應(yīng)，會出現(xiàn)進洞時的黑洞效應(yīng)和出洞時的眩光效應(yīng)，濕度和有害氣體也會對人員身體健康造成傷害。
[0003]網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐步成熟的背景下，傳統(tǒng)的隧道環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)存在設(shè)備管理不完善、不易維護等問題，并且已有系統(tǒng)多是處理單個命令的直接控制，對于負責批命令控制的研究還有待深入。無線傳感網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要基礎(chǔ)，解決了互聯(lián)的問題，由具有感知、處理和無線通信能力的大量傳感器節(jié)點形成一個多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，完成既定的任務(wù)。目前隧道環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)大多利用以太網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)的有線傳輸，存在著成本高、綜合布線復(fù)雜、通信電纜選擇等實際工程問題，限制了隨到環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展前景。
[0004]例如申請?zhí)枮椤?01220722727.7 ”的一種隧道施工安全預(yù)警管理系統(tǒng)，該實用新型公開了一種隧道施工安全預(yù)警管理系統(tǒng)，包括通過線性調(diào)頻連續(xù)波測量隧道圍巖的微小位移信息的圍巖形變量測雷達終端、施工人員及施工設(shè)備實時位置監(jiān)測系統(tǒng)和用于實時監(jiān)測隧道內(nèi)的氣體、水位信息的環(huán)境監(jiān)測終端。該實用新型能夠同時對隧道圍巖形變、隧道內(nèi)施工人員或施工設(shè)備和隧道內(nèi)施工環(huán)境進行實時監(jiān)測與預(yù)警，能夠減小安全事故發(fā)生幾率，避免出現(xiàn)人員傷亡，消除安全隱患，同時能夠?qū)ΜF(xiàn)場施工人員、設(shè)備進行更加合理的調(diào)度管理以及安全監(jiān)控管理。該實用新型隧道環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)存在著成本高、綜合布線復(fù)雜、通信電纜選擇等實際工程問題，限制了隨到環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展前景。
[0005]又如申請?zhí)枮椤?01210519187.7”的一種隧道環(huán)境遠程監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括無線傳感網(wǎng)絡(luò)、嵌入式網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和隧道環(huán)境監(jiān)測中心，其中無線傳感網(wǎng)絡(luò)包括位于待測點的無線傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)采集節(jié)點，所述無線傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)采集節(jié)點包括路由器節(jié)點和終端節(jié)點，所述無線傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)采集節(jié)點通過協(xié)調(diào)器節(jié)點接入嵌入式網(wǎng)關(guān)，嵌入式網(wǎng)關(guān)與3G通訊模塊通過RS232數(shù)據(jù)通訊將數(shù)據(jù)發(fā)至公網(wǎng)，嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)通過3G通訊模塊獲取公網(wǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)信息連接到隧道遠程檢測中心，其中嵌入式網(wǎng)關(guān)連接的3G通訊模塊與嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的3G通訊模塊進行點對點通訊。相應(yīng)的還公開了一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的隧道環(huán)境監(jiān)測方法。該發(fā)明可用于隧道以及公路隧道環(huán)境的實時監(jiān)測預(yù)警，且能夠?qū)λ淼拉h(huán)境的變化作出及時的應(yīng)對措施。該發(fā)明雖然實現(xiàn)了隨到環(huán)境的無線監(jiān)測與傳輸，但是功耗高，成本較高，檢測數(shù)據(jù)存在誤差，且缺少相應(yīng)的節(jié)點控制，使大多數(shù)節(jié)點處于無用功狀態(tài)，在節(jié)能優(yōu)化上面仍存在很大的進步空間。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對【背景技術(shù)】的不足提供了一種低功耗、低成本、高可靠性，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的隨到環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案
一種隧道環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，包含匯聚中心、后臺控制中心和由多個傳感器節(jié)點組成的多個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，所述傳感器節(jié)點包含處理器模塊以及與其連接的傳感器模塊、視頻監(jiān)控模塊、聲光報警模塊、串口通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和用于提供傳感器節(jié)點所需電能的電源模塊。
[0008]優(yōu)選的，所述匯聚節(jié)點包含一數(shù)據(jù)分析單元和一數(shù)據(jù)傳輸單元，所述數(shù)據(jù)分析單元對傳感器節(jié)點采集的數(shù)據(jù)按周期進行分析，對于采集數(shù)據(jù)在正常范圍內(nèi)的節(jié)點，通過數(shù)據(jù)傳輸單元控制相對應(yīng)節(jié)點減少測量頻率，對于采集的參數(shù)值超過正常范圍，則通過數(shù)據(jù)傳輸單元控制相對應(yīng)節(jié)點增大測量頻率。
[0009]優(yōu)選的，所述傳感器模塊包含CO傳感器、光照傳感器和溫濕度傳感器。
[0010]優(yōu)選的，所述聲光報警模塊為發(fā)光二極管和喇口八。
[0011]優(yōu)選的，所述處理器模塊和數(shù)據(jù)分析單元均為AVR單片機。
[0012]優(yōu)選的，所述串口通訊模塊和數(shù)據(jù)傳輸單元均為CC2530無線傳輸。
[0013]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
1、低功耗、低成本、高可靠性，利于構(gòu)建隧道環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，能大大降低整個系統(tǒng)的成本，提高系統(tǒng)的靈活性和智能化。
[0014]2、傳感器節(jié)點通過無線通信方式形成多跳、自組織的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，該自組網(wǎng)能力強，可實時同步對隧道環(huán)境的監(jiān)測參數(shù)。
[0015]3、能夠?qū)崟r的檢測隧道中的溫度、濕度、光線、有害氣體的成分含量和積累，實時掌握隧道內(nèi)的環(huán)境狀況，有效地保護人員的身體健康。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的傳感器節(jié)點結(jié)構(gòu)原理圖；
圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明:
【具體實施方式】如下:本發(fā)明涉及一種環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，尤其設(shè)計一種隧道環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，如圖2所示，該系統(tǒng)包含匯聚中心、后臺控制中心和由多個傳感器節(jié)點組成的多個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示，所述傳感器節(jié)點包含處理器模塊以及與其連接的傳感器模塊、視頻監(jiān)控模塊、聲光報警模塊、串口通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和用于提供傳感器節(jié)點所需電能的電源模塊。
[0018]如圖2所示，所述匯聚節(jié)點包含一數(shù)據(jù)分析單元和一數(shù)據(jù)傳輸單元，所述數(shù)據(jù)分析單元對傳感器節(jié)點采集的數(shù)據(jù)按周期進行分析，對于采集數(shù)據(jù)在正常范圍內(nèi)的節(jié)點，通過數(shù)據(jù)傳輸單元控制相對應(yīng)節(jié)點減少測量頻率，對于采集的參數(shù)值超過正常范圍，則通過數(shù)據(jù)傳輸單元控制相對應(yīng)節(jié)點增大測量頻率。
[0019]其中，所述傳感器模塊包含CO傳感器、光照傳感器和溫濕度傳感器，所述聲光報警模塊為發(fā)光二極管和喇叭，所述處理器模塊和數(shù)據(jù)分析單元均為AVR單片機，所述串口通訊模塊和數(shù)據(jù)傳輸單元均為CC2530無線傳輸。
[0020]本發(fā)明傳感器節(jié)點采用AVR32處理器構(gòu)建的隧道環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，具有集成度高低功耗、低成本、高可靠性，利于構(gòu)建隧道環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，能大大降低整個系統(tǒng)的成本，提高系統(tǒng)的靈活性和智能化的優(yōu)勢；整個系統(tǒng)可以采集隧道周圍環(huán)境的溫濕度、CO濃度、光照和視頻信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析處理，當某個指標超過正常值，聲光報警就會發(fā)出警報，并同時通過無線傳輸模式上傳至監(jiān)控中心。
[0021]該發(fā)明傳感器節(jié)點通過無線通信方式形成多跳、自組織的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，該自組網(wǎng)能力強，可實時同步對隧道環(huán)境的監(jiān)測參數(shù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個由幾十到上百個節(jié)點組成的、采用無線通信方式、動態(tài)組網(wǎng)的多跳的移動性對等網(wǎng)絡(luò)。其目的是通過動態(tài)路由和移動管理技術(shù)傳輸具有服務(wù)質(zhì)量要求的多媒體信息流。通常節(jié)點具有持續(xù)的能量供
5口 O
[0022]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)雖然與無線自組網(wǎng)有相似之處，但同時也存在很大的差別。傳感器網(wǎng)絡(luò)是集成了監(jiān)測、控制以及無線通信的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，節(jié)點數(shù)目更為龐大，節(jié)點分布更為密集；由于環(huán)境影響和能量耗盡，節(jié)點更容易出現(xiàn)故障；環(huán)境干擾和節(jié)點故障易造成網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的變化；通常情況下，大多數(shù)傳感器節(jié)點是固定不動的。另外，傳感器節(jié)點具有的能量、處理能力、存儲能力和通信能力等都十分有限。傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)的首要設(shè)計目標是提供高服務(wù)質(zhì)量和高效帶寬利用，其次才考慮節(jié)約能源；而傳感器網(wǎng)絡(luò)的首要設(shè)計目標是能源的高效利用，這也是傳感器網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)最重要的區(qū)別之一。
[0023]該發(fā)明還能夠?qū)崟r的檢測隧道中的溫度、濕度、光線、有害氣體的成分含量和積累，實時掌握隧道內(nèi)的環(huán)境狀況，有效地保護人員的身體健康。
[0024]顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā)明的實質(zhì)精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種隧道環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，包含匯聚中心、后臺控制中心和由多個傳感器節(jié)點組成的多個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其特征在于:所述傳感器節(jié)點包含處理器模塊以及與其連接的傳感器模塊、視頻監(jiān)控模塊、聲光報警模塊、串口通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和用于提供傳感器節(jié)點所需電能的電源模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述隧道環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述匯聚節(jié)點包含一數(shù)據(jù)分析單元和一數(shù)據(jù)傳輸單元，所述數(shù)據(jù)分析單元對傳感器節(jié)點采集的數(shù)據(jù)按周期進行分析，對于采集數(shù)據(jù)在正常范圍內(nèi)的節(jié)點，通過數(shù)據(jù)傳輸單元控制相對應(yīng)節(jié)點減少測量頻率，對于采集的參數(shù)值超過正常范圍，則通過數(shù)據(jù)傳輸單元控制相對應(yīng)節(jié)點增大測量頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述隧道環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述傳感器模塊包含C0傳感器、光照傳感器和溫濕度傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述隧道環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述聲光報警模塊為發(fā)光二極管和喇叭。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述隧道環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述處理器模塊和數(shù)據(jù)分析單元均為AVR單片機。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述隧道環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述串口通訊模塊和數(shù)據(jù)傳輸單元均為CC2530無線傳輸。
【文檔編號】G01D21/02GK104316105SQ201410542410
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】徐花, 張靜雅, 肖亞韙 申請人:蘇州德魯森自動化系統(tǒng)有限公司