[發(fā)明專利]無線傳感器網(wǎng)絡煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710394737.X
• 申請日: 2017-05-29
• 公開（公告）號: CN107153110B
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發(fā)明（設計）人: 不公告發(fā)明人
• 申請（專利權）人: 溫州福鑫儀表有限公司
• 主分類號: G01N33/22
• 分類號: G01N33/22;H04W40/02;H04W84/18
• 代理公司: 11530 北京華識知識產(chǎn)權代理有限公司
• 代理人: 江婷

1.無線傳感器網(wǎng)絡煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是，包括瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)采集模塊、地面監(jiān)控中心和用戶終端，所述瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)采集模塊采集瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將采集到的瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送到所述地面監(jiān)控中心，所述地面監(jiān)控中心用于接收、存儲、顯示瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)與正常閾值進行比較，若超過正常閾值，則輸出報警信號；所述的用戶終端通過通信網(wǎng)絡與地面監(jiān)控中心連接，用于實時訪問地面監(jiān)控中心中的瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)；所述的瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)采集模塊通過無線傳感器網(wǎng)絡采集和發(fā)送瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)；所述的無線傳感器網(wǎng)絡包括多個瓦斯監(jiān)測傳感器節(jié)點和一個基站，其中瓦斯監(jiān)測傳感器節(jié)點包括處理器單元、無線通信單元、數(shù)據(jù)采集單元、能量供應單元和智能開關，無線通信單元、數(shù)據(jù)采集單元和智能開關皆與處理器單元連接；所述的無線傳感器網(wǎng)絡在進行瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)的收集過程中，按照下述方式進行網(wǎng)絡初始化：

(1)將無線傳感器網(wǎng)絡的瓦斯監(jiān)測區(qū)域沿橫向劃分為R個大小相等的條形區(qū)域，其中每個條形區(qū)域之間長度相等，條形區(qū)域的寬度與瓦斯監(jiān)測區(qū)域的邊長相等；

(2)將每個條形區(qū)域沿縱向劃分為多個矩形子區(qū)域，矩形子區(qū)域的長度與條形區(qū)域的長度相等；

進行網(wǎng)絡初始化后，所述的無線傳感器網(wǎng)絡采用設定的分簇算法進行分簇；采用設定的分簇算法完成分簇后，若矩形子區(qū)域中的簇頭節(jié)點滿足自定義的簇頭節(jié)點調(diào)整判定公式時，需要進行簇頭節(jié)點輪換，簇頭節(jié)點向所在矩形子區(qū)域中的瓦斯監(jiān)測傳感器節(jié)點發(fā)送簇頭節(jié)點競爭消息，每個瓦斯監(jiān)測傳感器節(jié)點接收到簇頭節(jié)點競爭消息后開始競爭簇頭節(jié)點，其中剩余能量值最大的簇頭節(jié)點當選為該矩形子區(qū)域的新簇頭節(jié)點；

所述的自定義的簇頭節(jié)點調(diào)整判定公式為：

式中，N為簇頭節(jié)點所在簇的瓦斯監(jiān)測傳感器節(jié)點數(shù)目，G為當前周期接收數(shù)據(jù)的長度，單位為bit，F(xiàn)₀是無線收發(fā)電路接收單位長度數(shù)據(jù)的能耗，F(xiàn)₂為簇頭節(jié)點融合單位長度數(shù)據(jù)的能耗，F(xiàn)₃為當前周期簇頭節(jié)點向基站發(fā)送融合數(shù)據(jù)的能耗，F(xiàn)_C為簇頭節(jié)點的剩余能量值，S為設定的比值閾值。

2.根據(jù)權利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是，所述地面監(jiān)控中心包括數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)分析比較模塊、報警信號生成模塊，所述數(shù)據(jù)接收模塊與所述數(shù)據(jù)分析比較模塊連接，所述數(shù)據(jù)分析比較模塊與所述報警信號生成模塊連接。

3.根據(jù)權利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是，所有瓦斯監(jiān)測傳感器節(jié)點均勻并隨機地分布在設定的瓦斯監(jiān)測區(qū)域內(nèi)部，基站設置于瓦斯監(jiān)測區(qū)域的外部。

4.根據(jù)權利要求3所述的無線傳感器網(wǎng)絡煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是，每個條形區(qū)域劃分的矩形子區(qū)域的數(shù)目和每個矩形子區(qū)域的寬度按照下述方式確定：

式中，表示第i個條形子區(qū)域H_i劃分的矩形子區(qū)域的數(shù)目，d(H_i,H₀)表示條形子區(qū)域H_i的左上方頂點到基站H₀之間的距離，m₁為設定的矩形子區(qū)域數(shù)目閾值，表示條形子區(qū)域H_i中第j個矩形子區(qū)域的寬度，其中j值越大表示對應的矩形子區(qū)域距離基站H₀更遠，L為瓦斯監(jiān)測區(qū)域邊長，int(·)為取整函數(shù)。

5.根據(jù)權利要求4所述的無線傳感器網(wǎng)絡煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是，進行網(wǎng)絡初始化后，所述的無線傳感器網(wǎng)絡采用設定的分簇算法進行分簇，具體為：

(1)基站向所有瓦斯監(jiān)測傳感器節(jié)點廣播初始化信息消息，該初始化信息消息包括瓦斯監(jiān)測區(qū)域起始點坐標、基站位置坐標、瓦斯監(jiān)測區(qū)域邊長、條形區(qū)域數(shù)目及其長寬、矩形子區(qū)域的數(shù)目和每個矩形子區(qū)域的長寬，各個瓦斯監(jiān)測傳感器節(jié)點收到初始化信息消息后，確定自身所屬矩形子區(qū)域，并保存與自身位置對應的初始化信息消息；

(2)開始分簇，基站向各個瓦斯監(jiān)測傳感器節(jié)點廣播分簇消息，瓦斯監(jiān)測傳感器節(jié)點接收到分簇消息后，根據(jù)自身位置到所屬矩形子區(qū)域的頂點的最大距離確定發(fā)射功率，向其他瓦斯監(jiān)測傳感器節(jié)點交互自身節(jié)點信息；

(3)每個矩形子區(qū)域中選擇一個剩余能量值最大的瓦斯監(jiān)測傳感器節(jié)點作為簇頭節(jié)點，每個瓦斯監(jiān)測傳感器節(jié)點選擇所屬矩形子區(qū)域的簇頭節(jié)點加入簇。