基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的古建筑環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的古建筑環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)，包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、無線通信模塊和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包含數(shù)個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)；傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置有處理器模塊、傳感器模塊、無線通信模塊和電源模塊，處理器模塊分別與傳感器模塊、無線通訊模塊和電源模塊相連；匯聚節(jié)點(diǎn)通過無線通訊方式與傳感器節(jié)點(diǎn)建立通訊連接，向傳感器節(jié)點(diǎn)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，匯聚節(jié)點(diǎn)通過無線通信模塊與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)建立連接，向遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)古建筑內(nèi)外環(huán)境的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，節(jié)省了人力、物力和財(cái)力資源的開銷，古建筑內(nèi)外采用無線方式傳輸減輕布線開銷，也避免了線路老化損壞的問題。
【專利說明】 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的古建筑環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)，尤其涉及基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的古建筑環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]古建筑是我國(guó)歷史文物中的重要組成部分，它們不但具有悠久的歷史，而且以它獨(dú)特的風(fēng)格和傳統(tǒng)，在世界建筑史上占有重要地位，有極高的藝術(shù)成就和科學(xué)價(jià)值。古建筑和其他一切歷史文物一樣，其價(jià)值就在于它是歷史遺留下來的東西不可能再生、再建造，一經(jīng)破壞就無法挽回。但古代建筑在歷經(jīng)歲月滄桑的保存過程中，由于人為和自然力的破壞，使得古建筑遭受損害、破壞甚至是毀滅。對(duì)于古建筑的防潮、防火、防震、防盜、防人為破壞等保護(hù)問題極其重要。雖然相關(guān)部門花費(fèi)了很大力度對(duì)古建筑翻新重建，但是有些還是失敗的。因此，對(duì)古建筑妥善保護(hù)并進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)已是刻不容緩。
[0003]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一引起了人們的廣泛關(guān)注。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)以及通信技術(shù)，能夠協(xié)作實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，傳送給觀察者。由于對(duì)古建筑的監(jiān)測(cè)事件發(fā)生具有隨機(jī)性，因此應(yīng)該實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)古建筑自身及周邊的環(huán)境，而面向?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以很好的保證數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性，以便及時(shí)的消除安全隱患，因而有廣泛的應(yīng)用前景。
[0004]傳統(tǒng)的建筑物結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有許多缺陷，最主要的問題是傳感器設(shè)備必須通過有線連接到數(shù)據(jù)采集控制中心，這就需要鋪設(shè)大量的電纜而電纜的鋪設(shè)不僅成本昂貴，還要耗費(fèi)大量時(shí)間。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:本發(fā)明旨在提出的一種便于工作人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)古建筑結(jié)構(gòu)健的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)保護(hù)系統(tǒng)，能夠有效的延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)使用壽命。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明所述的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的古建筑環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、無線通信模塊和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包含數(shù)個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)；傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置有處理器模塊、傳感器模塊、無線通信模塊和電源模塊，處理器模塊分別與傳感器模塊、無線通訊模塊和電源模塊相連；匯聚節(jié)點(diǎn)設(shè)有匯聚節(jié)點(diǎn)處理器模塊、匯聚節(jié)點(diǎn)通訊模塊和匯聚節(jié)點(diǎn)電源模塊，匯聚節(jié)點(diǎn)處理器模塊分別與匯聚節(jié)點(diǎn)通訊模塊和匯聚節(jié)點(diǎn)電源模塊相連；匯聚節(jié)點(diǎn)通過無線通訊方式與傳感器節(jié)點(diǎn)建立通訊連接，向傳感器節(jié)點(diǎn)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，匯聚節(jié)點(diǎn)通過無線通信模塊與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)建立連接，向遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0007]所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用LEACH路由協(xié)議，以循環(huán)的方式隨機(jī)選擇簇頭節(jié)點(diǎn)，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量負(fù)載平均分配到每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)中，簇頭節(jié)點(diǎn)對(duì)簇內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理并且進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。
[0008]有益效果:本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)古建筑內(nèi)外環(huán)境的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，節(jié)省了人力、物力和財(cái)力資源的開銷，古建筑內(nèi)外采用無線方式傳輸減輕布線開銷，也避免了線路老化損壞的問題。無線傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)古建筑內(nèi)外不同位置環(huán)境參數(shù)的全方位監(jiān)測(cè)。傳感器節(jié)點(diǎn)通過LEACH路由協(xié)議將監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)傳送給匯聚節(jié)點(diǎn)，最后通過無線模塊傳送的Internet，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以通過Internet實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)古建筑內(nèi)外環(huán)境，結(jié)構(gòu)健康，并且對(duì)異常數(shù)據(jù)做出報(bào)警反應(yīng)，以便及時(shí)采取措施減少不必要的損失。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；
[0010]圖2是本發(fā)明中傳感器的結(jié)構(gòu)框圖；
[0011]圖3是本發(fā)明中LEACH路由協(xié)議過程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]如圖1所示，一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的古建筑環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)，包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、無線通信模塊和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。分布在古建筑內(nèi)外的各類傳感器節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。如圖2所示，傳感器節(jié)點(diǎn)處設(shè)置有處理器模塊、傳感器模塊、無線通信模塊和電源模塊，傳感器節(jié)點(diǎn)處的處理器模塊分別與傳感器節(jié)點(diǎn)處的傳感器模塊、無線通訊模塊和電源模塊相連，控制其它各個(gè)模塊工作。匯聚節(jié)點(diǎn)處也設(shè)置有匯聚節(jié)點(diǎn)處理器模塊、匯聚節(jié)點(diǎn)通訊模塊和匯聚節(jié)點(diǎn)電源模塊，匯聚節(jié)點(diǎn)處理器模塊分別與匯聚節(jié)點(diǎn)通訊模塊和匯聚節(jié)點(diǎn)電源模塊相連。本發(fā)明為了盡可能減少功耗，延長(zhǎng)電池使用時(shí)間，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用LEACH路由協(xié)議。
[0013]傳感器節(jié)點(diǎn)包括安裝在古建筑室內(nèi)的溫度傳感器、濕度傳感器、感光傳感器、熱敏傳感器、控制人流量的感應(yīng)器等，安裝在古建筑外的防震、防盜傳感器等，用于測(cè)量不同的環(huán)境系數(shù)。處理器模塊是傳感器節(jié)點(diǎn)處的核心模塊，用于執(zhí)行指令、對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。傳感器模塊分別與處理器模塊、電源模塊相連。用于采樣古建筑內(nèi)外環(huán)境數(shù)據(jù)，并將采樣數(shù)據(jù)發(fā)送給處理器模塊。
[0014]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用LEACH路由協(xié)議，以循環(huán)的方式隨機(jī)選擇簇頭節(jié)點(diǎn)，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量負(fù)載平均分配到每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)中，從而達(dá)到降低網(wǎng)絡(luò)能源消耗、提高網(wǎng)絡(luò)整體生存時(shí)間。
[0015]如圖3所示，所述簇頭節(jié)點(diǎn)對(duì)簇內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理并且要進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。LEACH在運(yùn)行過程中不斷的循環(huán)執(zhí)行簇的重構(gòu)過程，每個(gè)簇重構(gòu)過程可以用回合的概念來描述。每個(gè)回合可以分成兩個(gè)階段:簇的建立階段和傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定階段。簇的建立過程可分成4個(gè)階段:簇頭節(jié)點(diǎn)的選擇、簇頭節(jié)點(diǎn)的廣播、簇頭節(jié)點(diǎn)的建立和調(diào)度機(jī)制的生成。
[0016]簇頭節(jié)點(diǎn)的選擇依據(jù)網(wǎng)絡(luò)中所需要的簇頭節(jié)點(diǎn)總數(shù)和迄今為止每個(gè)節(jié)點(diǎn)已成為簇頭節(jié)點(diǎn)的次數(shù)來決定。具體的選擇辦法是:每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選擇0-1之間的一個(gè)值。如果選定的值小于某一個(gè)閥值，那么這個(gè)節(jié)點(diǎn)成為簇頭節(jié)點(diǎn)。
[0017]選定簇頭節(jié)點(diǎn)后，通過廣播告知整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。
[0018]網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收信息的信號(hào)強(qiáng)度決定從屬的簇，并通知相應(yīng)的簇頭節(jié)點(diǎn)，完成簇的建立。
[0019]簇頭節(jié)點(diǎn)采用TDMA方式為簇中每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配向其傳遞數(shù)據(jù)的時(shí)間點(diǎn)。
[0020]穩(wěn)定階段中，傳感器節(jié)點(diǎn)將采集的數(shù)據(jù)傳送到簇頭節(jié)點(diǎn)。簇頭節(jié)點(diǎn)對(duì)簇中所有節(jié)點(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行信息融合后再傳送給匯聚節(jié)點(diǎn)，這是一種較少通信業(yè)務(wù)量的合理工作模型。穩(wěn)定階段持續(xù)一段時(shí)間后，網(wǎng)絡(luò)重新進(jìn)入簇的建立階段，進(jìn)行下一回合的簇重構(gòu)，不斷循環(huán)，每個(gè)簇采用不同的CDMA代碼進(jìn)行通信來減少其他簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的干擾。
[0021]匯聚節(jié)點(diǎn)通過無線通信方式與傳感器節(jié)點(diǎn)建立通訊連接，向傳感器節(jié)點(diǎn)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線通訊模塊接收匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送的控制命令，并將控制命令交由處理器模塊分析和處理；傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線通訊模塊將采樣的環(huán)境參數(shù)，發(fā)送至匯聚節(jié)點(diǎn)傳感器節(jié)點(diǎn)通過多跳中繼方式將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R聚節(jié)點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)通過無線通信模塊，連接到Internet網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程控制監(jiān)測(cè)建立連接，向后方監(jiān)控平臺(tái)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0022]遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，由PC機(jī)、古建筑環(huán)境參數(shù)庫(kù)和報(bào)警系統(tǒng)構(gòu)成，在PC機(jī)上安裝有用C語言編寫的監(jiān)控程序。系統(tǒng)將遠(yuǎn)程采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，以圖形化界面顯示出來，并且將數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，當(dāng)剛獲得的數(shù)據(jù)與庫(kù)中數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比出現(xiàn)異常時(shí)觸發(fā)報(bào)警裝置，提醒工作人員注意，以便采取必要的保護(hù)。
[0023]一個(gè)監(jiān)測(cè)站負(fù)責(zé)多個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域的古建筑環(huán)境結(jié)構(gòu)健康，每個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域安置一個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)，傳感器節(jié)點(diǎn)將采集的數(shù)據(jù)通過LEACH路由協(xié)議將數(shù)據(jù)送達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)通過簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理再將有效數(shù)據(jù)及時(shí)的通過無線通信模塊遠(yuǎn)程的發(fā)送給Internet，遠(yuǎn)程監(jiān)控中心便可以監(jiān)測(cè)到所需要的數(shù)據(jù)，并隨時(shí)觀測(cè)環(huán)境變換。本發(fā)明能有效的克服傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的缺點(diǎn)，將無線傳感器節(jié)點(diǎn)布置在建筑物的關(guān)鍵位置上，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)建筑物的結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)，及早發(fā)現(xiàn)并定位建筑物損傷，減少不必要的人員經(jīng)濟(jì)損失。
【權(quán)利要求】
1.一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的古建筑環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、無線通信模塊和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包含數(shù)個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)；傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置有處理器模塊、傳感器模塊、無線通信模塊和電源模塊，處理器模塊分別與傳感器模塊、無線通訊模塊和電源模塊相連；匯聚節(jié)點(diǎn)設(shè)有匯聚節(jié)點(diǎn)處理器模塊、匯聚節(jié)點(diǎn)通訊模塊和匯聚節(jié)點(diǎn)電源模塊，匯聚節(jié)點(diǎn)處理器模塊分別與匯聚節(jié)點(diǎn)通訊模塊和匯聚節(jié)點(diǎn)電源模塊相連；匯聚節(jié)點(diǎn)通過無線通訊方式與傳感器節(jié)點(diǎn)建立通訊連接，向傳感器節(jié)點(diǎn)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，匯聚節(jié)點(diǎn)通過無線通信模塊與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)建立連接，向遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的古建筑環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用LEACH路由協(xié)議，以循環(huán)的方式隨機(jī)選擇簇頭節(jié)點(diǎn)，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量負(fù)載平均分配到每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)中，簇頭節(jié)點(diǎn)對(duì)簇內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理并且進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。
【文檔編號(hào)】H04W84/18GK104299393SQ201410626345
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月7日
【發(fā)明者】李垣江, 卞建秀, 張迪民 申請(qǐng)人:江蘇科技大學(xué)