一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多參數(shù)火災(zāi)探測(cè)節(jié)點(diǎn)，所述多參數(shù)火災(zāi)探測(cè)節(jié)點(diǎn)包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)和多參數(shù)火災(zāi)探測(cè)單元，所述多參數(shù)火災(zāi)探測(cè)單元包括溫濕度探測(cè)器、煙霧探測(cè)器和用以檢測(cè)是否發(fā)生火災(zāi)的智能探測(cè)控制器，所述智能探測(cè)控制器包括：火災(zāi)檢測(cè)參數(shù)設(shè)定模塊和火災(zāi)發(fā)生判斷模塊，所述火災(zāi)發(fā)生判斷模塊與所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)連接。本發(fā)明專利技術(shù)提供一種實(shí)時(shí)性良好、精確性良好的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多參數(shù)火災(zāi)探測(cè)節(jié)點(diǎn)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及無線傳感網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，尤其是一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)探測(cè)節(jié)點(diǎn)。
技術(shù)介紹
火災(zāi)探測(cè)是通過檢查火災(zāi)發(fā)生時(shí)的火災(zāi)特征參數(shù)信號(hào)，判斷火災(zāi)是否發(fā)生，是實(shí)現(xiàn)火災(zāi)預(yù)警的重要手段。傳統(tǒng)的火災(zāi)探測(cè)報(bào)警采用的是有線的方式，以這種方式布置的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)在名勝古跡等特殊場(chǎng)景中往往會(huì)對(duì)建筑物的功能性和藝術(shù)性造成一定程度的破壞。無線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)有著無線、安裝方便的好處，可以最大程度地減少對(duì)古建筑藝術(shù)性的破壞。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自組織性，使得探測(cè)系統(tǒng)可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成自動(dòng)結(jié)網(wǎng)。設(shè)計(jì)基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多參數(shù)火災(zāi)探測(cè)節(jié)點(diǎn)，開發(fā)高可靠性的早期火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)無線火災(zāi)探測(cè)的有效手段。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是通過無線網(wǎng)絡(luò)通訊的方式，實(shí)現(xiàn)感知和獲取客觀物理世界的參數(shù)信息。無線傳感網(wǎng)絡(luò)不同與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的顯著特征是針對(duì)具體應(yīng)用來研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。傳感器節(jié)點(diǎn)能夠敏感地感應(yīng)環(huán)境參數(shù)的快速變化，具有檢測(cè)精度高和具備實(shí)時(shí)性的優(yōu)點(diǎn)，在無人值守的環(huán)境檢測(cè)、災(zāi)害撲救等特殊領(lǐng)域，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有傳統(tǒng)技術(shù)無可比擬的優(yōu)勢(shì)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了克服已有火災(zāi)探測(cè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)性較差、精確性較差的不足，本專利技術(shù)提供一種實(shí)時(shí)性良好、精確性良好的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多參數(shù)火災(zāi)探測(cè)節(jié)點(diǎn)。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多參數(shù)火災(zāi)探測(cè)節(jié)點(diǎn)，所述多參數(shù)火災(zāi)探測(cè)節(jié)點(diǎn)包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)和多參數(shù)火災(zāi)探測(cè)單元，所述多參數(shù)火災(zāi)探測(cè)單元包括溫濕度探測(cè)器、煙霧探測(cè)器和用以檢測(cè)是否發(fā)生火災(zāi)的智能探測(cè)控制器，所述智能探測(cè)控制器包括火災(zāi)檢測(cè)參數(shù)設(shè)定模塊，用以設(shè)定火災(zāi)檢測(cè)參數(shù)，參數(shù)包括溫度t、溫度變化量dt、煙霧測(cè)量值S、煙霧量增加量ds，其中t和s是探測(cè)器采集的數(shù)據(jù)值，dt為兩次溫度采樣的差值，當(dāng)本次溫度比上次高時(shí)dt+ 1，否則dt-1 ；煙霧量增加值DS =當(dāng)前ds值+ (本次s值-上次s值)/8，如果ds〈 0則DS = 0 ;火災(zāi)發(fā)生判斷模塊，用以在相對(duì)濕度值小于閾值的條件下，滿足以下4個(gè)判據(jù)之一，即判斷有火災(zāi)發(fā)生；判據(jù)1:DS > 5且dt> 3 ;判據(jù)2 DS >12 ；判據(jù)3 t彡溫度閾值；判據(jù)4 s彡煙霧濃度閾值。所述火災(zāi)發(fā)生判斷模塊與所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)連接。進(jìn)一步，所述智能探測(cè)控制器還包括最短路徑路由模塊，用以將多參數(shù)火災(zāi)探測(cè)節(jié)點(diǎn)在加入網(wǎng)絡(luò)過程中在本地維護(hù)一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)列表，列表中存放的是距離基站跳數(shù)最少的鄰居節(jié)點(diǎn)；傳送數(shù)據(jù)時(shí)，節(jié)點(diǎn)將從列表中隨機(jī)選擇一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)作為下一跳路由節(jié)點(diǎn)，該鄰居節(jié)點(diǎn)再以同樣方式轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)傳到基站；目的節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)包后，向源節(jié)點(diǎn)回復(fù)一個(gè)確認(rèn)信息，源節(jié)點(diǎn)發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)包后，需等待目的節(jié)點(diǎn)發(fā)回一個(gè)確認(rèn)幀，如果在預(yù)定時(shí)間內(nèi)沒收到確認(rèn)幀，則向目的節(jié)點(diǎn)重發(fā)該數(shù)據(jù)包。本專利技術(shù)的技術(shù)構(gòu)思為基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)實(shí)時(shí)監(jiān)控，是通過把大量的廉價(jià)的微型低功耗傳感器節(jié)點(diǎn)自動(dòng)組成無線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)采集濕度、溫度、煙霧濃度和光亮度等環(huán)境參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控區(qū)域異常情況的迅速反映。結(jié)合高效的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和火點(diǎn)定位算法，可以迅速、準(zhǔn)確地查明火源發(fā)生地；在火災(zāi)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和蔓延模型支持下，利用實(shí)時(shí)獲取的數(shù)據(jù)不斷對(duì)模型進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)對(duì)敏感域火險(xiǎn)的精確預(yù)測(cè)。本專利技術(shù)的有益效果主要表現(xiàn)在有效地解決了城市景區(qū)古建筑火災(zāi)的識(shí)別問題。使用基于無線網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，可以在較大程度上減小安裝火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)對(duì)城市景區(qū)古建筑功能性和藝術(shù)性的損壞。附圖說明圖1是本專利技術(shù)火災(zāi)探測(cè)節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)圖。圖2是本專利技術(shù)方法火災(zāi)探測(cè)節(jié)點(diǎn)工作流程圖。圖3是本專利技術(shù)方法多跳網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步描述。參照?qǐng)D1 圖3，一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多參數(shù)火災(zāi)探測(cè)節(jié)點(diǎn)，火災(zāi)探測(cè)節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)和多參數(shù)火災(zāi)探測(cè)單元組成。基站在硬件結(jié)構(gòu)上沒有火災(zāi)參數(shù)探測(cè)單元，專門負(fù)責(zé)傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸與收集。火災(zāi)探測(cè)單元由溫濕度探測(cè)和光電型煙霧探測(cè)兩個(gè)模塊組成，分別實(shí)現(xiàn)溫濕度和煙霧濃度的探測(cè)；探測(cè)模塊采用低功耗設(shè)計(jì)，溫濕度傳感器平均工作電流28 uA,煙霧探測(cè)放大器平均工作電流約為0. 7mA。光電感煙機(jī)理是煙顆粒和光相互作用時(shí)，粒子以同樣波長(zhǎng)再輻射己經(jīng)接收的能量，通常在不同方向上其再輻射強(qiáng)度不同，這個(gè)過程稱為散射。火災(zāi)煙霧的監(jiān)測(cè)采用前向光散射探測(cè)方式，主要由光學(xué)探測(cè)室及相關(guān)電路組成。火災(zāi)發(fā)生時(shí)，有煙顆粒進(jìn)入光學(xué)探測(cè)室，紅外光經(jīng)煙顆粒散射到達(dá)光敏二極管，產(chǎn)生電流信號(hào)，且散射光信號(hào)隨煙霧濃度增加而加大，信號(hào)經(jīng)微處理器內(nèi)嵌ADC做模數(shù)轉(zhuǎn)換作為煙霧探測(cè)數(shù)據(jù)。溫濕度監(jiān)測(cè)采用智能型溫濕度傳感芯片SHT11，提供全量程標(biāo)定的數(shù)字輸出。傳感器包括一個(gè)電容性聚合體濕度敏感元件和一個(gè)用能隙材料制成的溫度敏感元件，兩只傳感器分別產(chǎn)生相對(duì)濕度或溫度的信號(hào)，信號(hào)放大后分別送至14位的ADC進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)校準(zhǔn)和糾錯(cuò)，最后通過二線串行接口將相對(duì)濕溫度數(shù)據(jù)送至微處理器。無線火災(zāi)探測(cè)節(jié)點(diǎn)控制軟件可分為四層，依次為底層硬件驅(qū)動(dòng)、通信協(xié)議層(MAC協(xié)議和路由協(xié)議)、操作系統(tǒng)和應(yīng)用任務(wù)。底層硬件驅(qū)動(dòng)包括射頻芯片CC2420的驅(qū)動(dòng)、探測(cè)器模塊驅(qū)動(dòng)以及微處理器驅(qū)動(dòng)。微處理器通過SPI總線與CC2420通信，可方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻芯片配置和數(shù)據(jù)收發(fā)，讀寫F IFO等。探測(cè)器模塊驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器探測(cè)數(shù)據(jù)的獲取，首先進(jìn)行溫濕度測(cè)量和獲取數(shù)據(jù)；再啟動(dòng)光電煙霧探測(cè)，微處理器內(nèi)嵌ADC實(shí)現(xiàn)對(duì)煙霧探測(cè)信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，獲得煙濃度數(shù)字量。微處理器進(jìn)行火災(zāi)判斷和數(shù)據(jù)打包的工作，應(yīng)用任務(wù)層通過接口調(diào)用完成從火災(zāi)參數(shù)的探測(cè)到數(shù)據(jù)處理的一系列操作。早期火災(zāi)信號(hào)具有隨機(jī)性、非結(jié)構(gòu)性和趨勢(shì)特征等特點(diǎn)，基于以上特點(diǎn)，本專利技術(shù)采用的火災(zāi)探測(cè)算法的主要步驟如下。1.火災(zāi)檢測(cè)參數(shù)的描述本專利技術(shù)設(shè)計(jì)了以下火災(zāi)檢測(cè)參數(shù)，參數(shù)包括單節(jié)點(diǎn)火災(zāi)判據(jù)包括溫度t、溫度變化量dt、煙霧測(cè)量值S、煙霧量增加量ds。其中t和S是探測(cè)器采集的數(shù)據(jù)值，dt為兩次溫度采樣的差值，當(dāng)本次溫度比上次高時(shí)dt+ I,否則dt-1;煙霧量增加值ds=當(dāng)前ds值+ (本次s值-上次s值)/8，如果ds〈 0則ds = O。2.火災(zāi)發(fā)生的判斷的依據(jù)在相對(duì)濕度值小于閾值的條件下，滿足以下4個(gè)判據(jù)之一，即判斷有火災(zāi)發(fā)生，判據(jù)1，ds> 5且dt> 3;判據(jù)2，ds>12;判據(jù)3，t彡溫度閾值；判據(jù)4，s >煙霧濃度閾值。判據(jù)I是對(duì)明火的，由于明火煙霧較少，但溫度明顯上升，所以當(dāng)溫度上升，且有少量煙霧時(shí)則可認(rèn)為是有火災(zāi)發(fā)生。判據(jù)2是針對(duì)早期陰燃火，當(dāng)探測(cè)到煙霧有明顯的上升時(shí)，認(rèn)為發(fā)生早期火災(zāi)；判據(jù)3、4是采用閾值判斷算法，在實(shí)驗(yàn)中溫度閾值設(shè)為40°C，煙霧閾值設(shè)為45%。引入濕度條件旨在防止水蒸汽引起的誤報(bào)，通過濕度的補(bǔ)償，可以彌補(bǔ)光電煙霧探測(cè)對(duì)水汽敏感引起的誤報(bào)。節(jié)點(diǎn)MAC層數(shù)據(jù)傳輸?shù)男诺澜尤霗C(jī)制的算法設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)MAC層數(shù)據(jù)傳輸?shù)男诺澜尤霗C(jī)制采用CSMA /CA算法。1.節(jié)點(diǎn)CSMA/CA算法的參數(shù)描述算法中有三個(gè)重要的參數(shù)由每個(gè)要傳送數(shù)據(jù)的設(shè)備去維護(hù)NB (后退次數(shù)，初始值為O)、CW (碰撞窗口，初始值為2)，BE (后退指數(shù)，初始值為2)。2.最短路徑的路由算法描述本專利技術(shù)設(shè)計(jì)了一種最短路徑的路由算法實(shí)現(xiàn)數(shù)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多參數(shù)火災(zāi)探測(cè)節(jié)點(diǎn)，其特征在于：所述多參數(shù)火災(zāi)探測(cè)節(jié)點(diǎn)包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)和多參數(shù)火災(zāi)探測(cè)單元，所述多參數(shù)火災(zāi)探測(cè)單元包括溫濕度探測(cè)器、煙霧探測(cè)器和用以檢測(cè)是否發(fā)生火災(zāi)的智能探測(cè)控制器，所述智能探測(cè)控制器包括：火災(zāi)檢測(cè)參數(shù)設(shè)定模塊，用以設(shè)定火災(zāi)檢測(cè)參數(shù)，參數(shù)包括溫度t、溫度變化量dt、煙霧測(cè)量值s、煙霧量增加量ds，其中t和s是探測(cè)器采集的數(shù)據(jù)值,?dt為兩次溫度采樣的差值,?當(dāng)本次溫度比上次高時(shí)dt+?1，否則dt??1；?煙霧量增加值DS?=?當(dāng)前ds值+(本次s值??上次s值)?/8，?如果ds?5且dt>?3；?判據(jù)2：DS?>12；?判據(jù)3：t≥溫度閾值；判據(jù)4：?s≥煙霧濃度閾值；所述火災(zāi)發(fā)生判斷模塊與所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)連接。
【技術(shù)特征摘要】
1.ー種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多參數(shù)火災(zāi)探測(cè)節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述多參數(shù)火災(zāi)探測(cè)節(jié)點(diǎn)包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)和多參數(shù)火災(zāi)探測(cè)単元，所述多參數(shù)火災(zāi)探測(cè)単元包括溫濕度探測(cè)器、煙霧探測(cè)器和用以檢測(cè)是否發(fā)生火災(zāi)的智能探測(cè)控制器，所述智能探測(cè)控制器包括 火災(zāi)檢測(cè)參數(shù)設(shè)定模塊，用以設(shè)定火災(zāi)檢測(cè)參數(shù)，參數(shù)包括溫度t、溫度變化量dt、煙霧測(cè)量值S、煙霧量増加量ds，其中t和S是探測(cè)器采集的數(shù)據(jù)值，dt為兩次溫度采樣的差值，當(dāng)本次溫度比上次高時(shí)dt+ 1，否則dt-1 ；煙霧量增加值DS =當(dāng)前ds值+ (本次s值-上次s值)/8，如果ds〈 O則DS = O ; 火災(zāi)發(fā)生判斷模塊，用以在相対濕度值小于閾值的條件下，滿足以下4個(gè)判據(jù)之一，即判斷有火災(zāi)發(fā)生；判據(jù)1:DS >...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳庭貴，許翀寰，王杰，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：浙江工商大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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