污染源应急监测无线传感器网络制造技术

污染源应急监测无线传感器网络，是多个被随机布置在各个监测区域的无线传感器网络节点基于ＺｉｇＢｅｅ技术组成网络；所述无线传感器网络节点组成星状拓扑和点对点对等拓扑的混合拓扑结构；所述无线传感器网络节点包括电源模块、数据采集模块、微控制器模块、无线通信模块；所述无线传感器网络节点可根据需要动态配置成协调器、路由器或终端设备；所述的无线传感器网络节点只与相邻的节点进行通信，数据传送依照多跳的转发方式进行，转发是由节点协作完成的，每个节点既是信息的发送者，也是信息的接收者。本发明专利技术具有铺设方便、可移动性强、自组织和数据传输安全等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于污染源应急监测的无线传感器网络。
技术介绍
随着我国工农业生产和经济建设的快速发展，环境污染事故，尤其是重大突发性 环境污染事故不仅在发生次数上，而且在污染危害程度上均有增加的趋势。环境污染事故 不仅具有突发性、严重性、危害的持续性、累积性等特点，而且涉及污染物的种类与事故的 表现形式极其复杂，如剧毒农药和有毒化学品泄漏排放造成的环境空气、水体和土壤的污 染；易燃易爆物火灾、泄漏造成的空气、水体污染；溢油造成的大面积水体污染，以及含大 量有机物质的城市污水与工业废水的集中排放造成的水体污染等。这些突发污染事件给人 民生命财产带来了极大的威胁，因此需要通过科技手段来预警突发状况，将破坏降到最低 程度。 目前，对环境突发事件的处理，主要有两类，一类是环保部门领导通过电话对突发 事件现场进行工作部署，专家在环境污染发生后第一时间赶赴现场，通过仪表对污染物、污 染程度、污染范围进行评估，制定相关的应对策略。第二类是通过对一些商用车进行改装， 在车上安装一些环境检测和分析仪表，在环境污染发生后，将车开到现场，通过有线仪表对 环境污染进行相关的监测，从而对环境污染进行防治。但是环境污染具有突发性，污染源会 在短时间内迅速扩散，而且具有一定的危险性。现有的处理方法不能让专家及监测人员及 时了解污染事故的现场状况，不能及时、正确地处理污染事故，而且有线仪表布线成本高， 不方便携带、移动。
技术实现思路
本专利技术要解决环境污染监控设备在发生事故时不能及时正确地被处理、并且成本 高、不便于携带移动的缺点，提供一种布设方便、便于携带和移动，并且能够及时传输污染 数据的污染源应急监测无线传感器网络。 本专利技术的技术方案 污染源应急监测无线传感器网络，其特征在于多个被随机布置在各个监测区域 的无线传感器网络节点基于ZigBee技术组成网络； 所述无线传感器网络节点组成星状拓扑和点对点对等拓扑的混合拓扑结构； 所述无线传感器网络节点包括电源模块、数据采集模块、微控制器模块、无线通信 模块； 所述无线传感器网络节点可根据需要动态配置成协调器、路由器或终端设备；作 为终端设备的无线传感器网络节点通过数据采集模块采集环境监控数据，经微控制器模块 存储、处理后将采集的数据通过无线通信模块发送给作为协调器和路由器的其他节点，再 传送到监控中心；作为路由器的无线传感器网络节点具有判断网络地址和选择路径的功 能，需要对其他节点传来的环境监控数据进行整合分析，然后完成数据转发、路由发现和路3由维护等任务；作为协调器的无线传感器网络节点是整个网络的控制中心，实现设备注册和访问控制等基本的网络管理功能； 所述的无线传感器网络节点只与相邻的节点进行通信，数据传送依照多跳的转发方式进行，转发是由节点协作完成的，每个节点既是信息的发送者，也是信息的接收者。 进一步，所述的节点处理通信冲突的方式设定为因通信冲突而导致丢包时，考虑到重发的效率问题，节点不会向范围内的其他节点广播重发的数据，而是依据路由算法选择一条通信良好的路径进行转发重发的数据，路径上的节点会记录重发的次数， 一旦重发次数达到限定值时，就认为此路径无效，然后选择其他的路径进行转发，直到重发成功；如果没有一条路径重发成功，则抛弃这个数据包，并把此信息通知协调器。 再进一步，所述的网络是动态可变化的，节点的移动、加入和退出只会引起整个网络结构的改变，但不会影响其他节点的正常工作，也不会影响数据的传输，具有自我组织和自我修复的能力。 进一步，所述无线传感器网络节点可构成多个子网络，所述子网络可容纳多达300个无线传感器网络节点。 进一步，所述无线通讯模块采用XBee-PR0无线模块，所述无线通讯模块与所述微控制器模块连接； 进一步，所述数据采集模块包括带USB接口 、RS232接口的数据采集模块和带传感器接口的数据采集模块，所述带USB接口 、RS232接口的数据采集模块连接在微控制器模块上，所述带传感器接口的数据采集模块连接在无线通信模块上。 进一步，所述微控制器模块采用C8051F340微控制器。 进一步，所述电源模块根据使用环境的不同设有三种不同的电源接口，所述电源接口包括普通的5V稳压电源接口、USB的5V电源供电接口、干电池的3V电池组接口。 本专利技术是由多个传感器网络节点通过自组织方式组建而成，构成分布式、远程环境监测网络。 本专利技术所述的无线传感器网络按照ZigBee标准可以动态配置成有三种类型的节点协调器、路由器和终端设备。根据不同的应用需求，无线传感器网络可以构建星状拓扑和点对点对等拓扑等网络，其中星状拓扑网络信息传递通过协调器完成，容易实现但对协调器负担过重；点对点对等拓扑网络节点可自行建立和维护，具有强大的自组织、自愈能力但需要耗费大量的网络资源。整个无线传输网络是一个动态的网络，具有以下特征每个节点可以随处移动，节点间也相互不受干扰；节点一启动，就可以快速、自动的组成一个独立的网络；由于网络中节点的通信距离有限，在一定范围内只能与它相邻的节点进行通信，所以网络需要支持"多跳"。在应急车监测系统中，简单的星状拓扑和点对点对等拓扑不能满足整个网络的需要，因此选用这两种网络的混合拓扑结构。在污染源现场，为了完成环境数据的采集与传输，大量的无线传感器网络节点被随机布置在各个监测区域，这就使得整个无线传输网络的节点规模呈数量级增长，每个子网可容纳多达300个污染源无线传感器节点。由于节点发射功率和地形等限制，节点的覆盖范围有限，当它要与其覆盖范围之外的节点进行通信时，就需要中间节点的转发。本专利技术的无线传感器网络节点数据转发是由节点协作完成的，而不是由专用的路由设备完成的，每个节点即是信息的发送者，也是信息的接收者，这种转发机制称之为"多跳"。"多跳"解决了节点传输距离的限制，同时还可以优化传输路径，提高传输质量。本网络"多跳"跳数最多可达255，基本满足环境监测数据的传输 任务。在监测数据传输过程中为防止数据泄漏，在发送端对数据进行了AES 128位加密，当 传输完成后上位机利用密钥对加密的数据包解密，还原信息内容。 在污染源监测系统中，污染源现场环境往往复杂多变，由于地形、天气等因素的影 响，环境监测人员通常不能及时地对监测系统做出合理的调配和维护，这时就需要整个无 线传感器网络具备良好的稳定性，可以应对多种突发状况，完成环境数据的采集与传输。本 专利技术的无线传感器网络节点布局紧密，各器件受环境因素影响小，抗干扰能力强，可工作在 各种复杂的环境下。 本专利技术的有益效果网络节点具有铺设方便、可移动性强、自组织和数据传输安全 等特点，整个网络的工作频率是2. 4GHz，RF数据传输速率是250Kbit/s，传输输出功率低于 100毫瓦，网络节点最多可达到65535，覆盖范围达到100m(室内)，1.6km(室外)；网络节 点允许动态配置的，每个节点都可以作为路由器来转发数据，监测数据可以通过多条路径 达到网络协调器，不会因为某个污染源采样节点的退出而影响其他节点的数据传输。附图说明 图1是本专利技术的硬件框图。 图2是本专利技术电源模块原理图。 图3是本专利技术数据采集接口原理图。具体实施例方式参照图l-3，污染源应急监测无线传感器网络，是多个被随机布置在各个监测区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
污染源应急监测无线传感器网络，其特征在于：多个被随机布置在各个监测区域的无线传感器网络节点基于ＺｉｇＢｅｅ技术组成网络；所述无线传感器网络节点组成星状拓扑和点对点对等拓扑的混合拓扑结构；所述无线传感器网络节点包括电源模块、数据采集模块、微控制器模块、无线通信模块；所述无线传感器网络节点可根据需要动态配置成协调器、路由器或终端设备；作为终端设备的无线传感器网络节点通过数据采集模块采集环境监控数据，经微控制器模块存储、处理后将采集的数据通过无线通信模块发送给作为协调器和路由器的其他节点，再传送到监控中心；作为路由器的无线传感器网络节点具有判断网络地址和选择路径的功能，需要对其他节点传来的环境监控数据进行整合分析，然后完成数据转发、路由发现和路由维护等任务；作为协调器的无线传感器网络节点是整个网络的控制中心，实现设备注册和访问控制等基本的网络管理功能；所述的无线传感器网络节点只与相邻的节点进行通信，数据传送依照多跳的转发方式进行，转发是由节点协作完成的，每个节点既是信息的发送者，也是信息的接收者。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚明海，朱华，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]