1 引 言
在工業(yè)生產(chǎn)過程中有許多領(lǐng)域會涉及到有毒氣體的Ⅸ域，國家、行業(yè)、企業(yè)從各個方面配置了各種類型的監(jiān)測設(shè)備和儀器，為保護(hù)在該區(qū)域作業(yè)的工作人員的安全起到了重要作用，但固定的有線的監(jiān)測設(shè)備仍是當(dāng)今的主流。本文從另一方面利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提出一種新的監(jiān)測系統(tǒng)，即基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的有毒氣體監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分考慮到有毒氣體區(qū)域的特殊性和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自身特點。利用無線從傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組建的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，具有組網(wǎng)方便、安全、精確并能實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一組傳感器以Ad hoc方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理區(qū)域中的感知對象的信息，并發(fā)布給觀察者。其應(yīng)用有著十分廣闊的前景，在軍事、國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、搶險救災(zāi)、防恐反恐、危險區(qū)域遠(yuǎn)程控制等諸多領(lǐng)域都有潛在的實用價值，被認(rèn)為足對21世紀(jì)產(chǎn)生臣大影響的技術(shù)之一。
2 系統(tǒng)設(shè)計
2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)有對等式和層次分布式。本體系采用層次分布式，如圖1所示。最低層為分布在監(jiān)測區(qū)域的傳感器節(jié)點，被分布后將以自組形式構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，傳感器節(jié)點將所采集數(shù)據(jù)打包后傳向簇頭，簇頭再將其傳送至基站，基站與有線網(wǎng)絡(luò)連接，將整個區(qū)域內(nèi)采集的數(shù)據(jù)通過Internet傳向遠(yuǎn)程控制端供其集中處理。
2.2 傳感器節(jié)點設(shè)計
系統(tǒng)要求傳感器節(jié)點內(nèi)部要具備監(jiān)測、存儲、分析比較等功能。傳感器節(jié)點由數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、無線通信模塊和能源供給模塊4部分組成，如圖2所示。
數(shù)據(jù)采集模塊 由一組傳感器和相應(yīng)的AC／DC轉(zhuǎn)換裝置組成，負(fù)責(zé)對監(jiān)測區(qū)域的信息采集和相應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。模塊采可用紅外氣敏傳感器，當(dāng)紅外輻射通過被測氣體時，氣體分子能夠吸收光能，通過測量入射光和透射光的強(qiáng)度可以監(jiān)測出相應(yīng)氣體的濃度。
控制模塊 負(fù)責(zé)存儲和處理本傳感器節(jié)點所采集的數(shù)據(jù)和其他節(jié)點發(fā)送來的數(shù)據(jù)。存儲當(dāng)前節(jié)點所采集到的有毒氣體濃度值，路由節(jié)點具備有轉(zhuǎn)發(fā)功能，存儲轉(zhuǎn)發(fā)該信息。
無線通信模塊 負(fù)責(zé)與其他節(jié)點之間通信，通信系統(tǒng)應(yīng)有信號的發(fā)送和接收功能，在多傳感器系統(tǒng)中，在傳送的信號中加入傳感節(jié)點的編號，信號格式可以設(shè)計如下所示，簇頭和基站的存儲采用對列結(jié)構(gòu)：
能量供應(yīng)模塊 負(fù)責(zé)為節(jié)點提供所需的電能。對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，能量問題是關(guān)鍵，各個層次要盡可能地降低能耗，尤其是控制模塊和通信模塊的各個環(huán)節(jié)。目前人們提出的節(jié)能策略主要有休眠機(jī)制、數(shù)據(jù)融合、沖突避免與糾錯以及多跳短距離通信等。
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