[發明專利]工業裝備及環境監控的WSN信息感知系統及方法

有效

• 申請號: 201410414547.6
• 申請日: 2014-08-21
• 公開（公告）號: CN104157120B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 陳俊杰;于淼
• 申請（專利權）人: 南京拓諾傳感網絡科技有限公司;東南大學
• 主分類號: G08C17/02
• 分類號: G08C17/02;H04W84/18
• 代理公司: 南京先科專利代理事務所(普通合伙)32285
• 代理人: 繆友菊

技術領域

本發明涉及工業裝備和農業、交通、倉儲、居住等環境監控方法，尤其是一種用于如工業裝備物聯網管控、工業環境監控等場合的WSN信息感知系統及方法。

背景技術

目前，對工業裝備狀態進行監測主要采用以下三種方法：(1)離線的人工巡檢，這是許多中小型企業通常采用的辦法；(2)有條件的大中型企業采用有線的辦法；(3)2G或3G公共無線網方法。分析以上三種方法，發現存在下述問題：

1.離線的人工巡檢方法盡管有一定的效果，但缺乏實時性、及時性、準確性、遠程化、網絡化和低成本，而且漏報率較高。

2.采用有線辦法的數據傳輸的可靠性是容易保證的，但從更廣泛的應用實際意義和未來發展的角度看，主要存在下述幾個方面的問題：①對移動的工業裝備不適用。②系統投資大、成本高、性能價格比低。③系統的電纜復用率低、復雜性高，因而系統的故障率高、不便于維護。④系統的擴展性差，使得監測容量相對較小，特別是在其監測系統己安裝好后需要增加監測區域的情況下，需要對軟件及硬件作較大的改動，甚至需要重新設計制作。

3.采用2G或3G等公共無線網監測和預警，對于大范圍區域移動工業裝備確是一個值得考慮的解決方案，但對于工業現場和小范圍區域移動的工業裝備卻不盡合理，因為它的運行成本高，普及推廣價值不大。更為重要的是，無線收發模塊由于天線等元件的表面靜電電荷、高頻輻射等因素在收發功率較大時可能產生高頻電火花，特別在環境惡劣時發生的可能性更大。而且，根據2G或3G系統的無線數據傳輸的固有機理，無線收發功率常常會由于需要監控的區域范圍大而較大。因此，在將其用于不可避免地存在易燃、易爆氣體、粉塵和流體的石油、化工企業的環境中時，常常很難達到防爆的安全要求。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術的缺點，本發明提供一種用于工業裝備及環境監控的WSN感知系統和方法，解決了在工業現場中對工業裝備及環境狀態信息的采集與無線傳輸，并實現傳感信息的顯示以及對執行設備的控制，有利于準確診斷并防范故障。

技術方案：一種用于工業裝備及環境監控的WSN信息感知系統，包括：

無線采集器，分布在監測現場環境中，由干電池或工業現場基礎供電設施供電，用于存儲工業裝備的信息、獲取工業裝備或工業環境的參數信息；無線采集器將采集到的傳感器數據通過該感知系統自組網絡發送到無線網關；

無線控制器，由工業現場基礎供電設施供電，用于接收無線網關傳來的控制指令，按照控制指令對諸如驅動電機、電磁閥、聲光報警器等開關型執行設備進行控制，并反饋執行設備的狀態信息給無線網關；同時，其作為系統自組織網絡的一部分，可以轉發無線采集器的傳感器數據到無線網關；

無線網關，由工業現場基礎供電設施供電，用于進行網絡中的數據交換與路由選擇，將基站傳來的控制指令發送給無線控制器，同時作為系統中底層無線傳感器網絡的匯聚節點，負責接收無線采集器通過自組網傳來的傳感數據以及無線控制器反饋回來的狀態信息，將其無線發送到基站；

基站，設置在工業現場的監控室內，通過串口與監控室內的本地監控終端相連，作為無線傳感器網絡和本地監控終端的連接點；基站下行通過無線通信模塊接收無線網關傳來的工業裝備或環境的傳感數據和狀態信息，將其經過分析、處理、配置后，上行通過串口發往本地監控終端，并將本地監控終端下達的控制指令通過無線通信模塊發送到無線網關。

本地監控終端，接收基站上傳的傳感數據和狀態信息，存儲、顯示采集到的傳感數據，工作人員根據本地監控終端顯示的傳感數據決定相應執行設備的開/關操作，并由本地監控終端發送控制指令到基站。

為了增強便捷性監控和適應于大數據存儲和管理的需要，優選地，還可以增設移動監控終端和遠程監控中心，均可以都過移動互聯網/互聯網接收基站發送的傳感數據包和狀態消息包，實現移動式監控，同時可達到對數據的存儲和后續分析、以及對工業裝備和環境的遠程診斷。

一種用于工業裝備及環境監控的WSN信息感知方法，基于上述的信息感知系統，并包括如下步驟：

2.1.無線采集器、無線控制器、無線網關、基站上電初始化；

2.1.1.基站發出系統預啟動數據包給無線網關，保持偵聽狀態；

2.1.2.無線網關保持偵聽狀態，將自身到匯聚節點(即無線網關自身)的跳數h_s0設置為0；

2.1.3.無線采集器保持偵聽狀態，將自身到匯聚節點(無線網關)的跳數h_s初始化為0；

2.1.4.無線控制器采集執行設備的狀態信息，發送至無線網關；