專利名稱：新型傳感監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種對設備狀態(tài)和設備周圍環(huán)境狀況進行監(jiān)測的傳感監(jiān)測系統(tǒng)，具體來說，涉及一種方便靈活的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制，傳感器的選擇范圍更廣，環(huán)境因素針對性更強，傳感節(jié)點覆蓋范圍更大的新型傳感監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術：
隨著全球一體化、工業(yè)自動化和信息化進程的不斷深入，物聯(lián)網(wǎng)或智能傳感網(wǎng)技術越來越受到人們的關注，未來物聯(lián)網(wǎng)將對促進互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，帶動人類的進步發(fā)揮著重要作用，被稱為繼計算機和互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產業(yè)的第三次大潮。物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識另Ij (RFID)、傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。無線傳感網(wǎng)因其具有自組織、高可靠、靈活性、低功耗等特點，在國防軍事、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療健康、交通管理、制造業(yè)、抗災搶險等領域有非常廣泛的應用前景，是加速物聯(lián)網(wǎng)技術的成熟和商用化的關鍵領域之一。光纖無線傳感網(wǎng)是將光纖傳感或光纖通信技術引入到無線傳感網(wǎng)中，傳感單元采用光纖傳感器或電子傳感器，數(shù)據(jù)通信采用無線和光纖傳輸接力的綜合專用網(wǎng)絡信息系統(tǒng)。光纖接入技術能解決帶寬和傳輸距離不足的問題而無線接入能滿足靈活組網(wǎng)和移動入網(wǎng)的需求，光纖無線融合的傳感技術在近幾年受到廣泛關注和深入研究，例如審定
公開日為2007年06月27日、公開號為CN1987952的中國專利“無線光纖傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)”，提出將光纖光柵傳感器等光纖傳感頭作為無線傳感節(jié)點和可調諧濾波器作為解調單元的無線傳感網(wǎng)。審定
公開日為2008年07月16日、公開號為CN101222523的中國專利“多參量光纖光柵無線傳感器網(wǎng)絡”，提出自組織的傳感節(jié)點通過匯聚節(jié)點與近程終端通信，近程終端通過手機網(wǎng)絡GPRS或INTERNET與遠程終端通信。上述無線傳感網(wǎng)中均沒有采用技術成熟，成本低廉的電子傳感器與光纖傳感器搭配使用，兩者的適用環(huán)境和測量優(yōu)勢有互補空間，根據(jù)不同場合不同精度要求選擇合適傳感器易于實現(xiàn)成效最大化；并且傳感網(wǎng)絡體系也存在不足，當監(jiān)控區(qū)域廣而傳感節(jié)點多且長時工作時，對終端設備要求高，成本昂貴的GPRS網(wǎng)或INTERNET不適合用來傳輸龐大的數(shù)據(jù)量，使無線傳感網(wǎng)的應用范圍和監(jiān)控能力受到限制。

實用新型內容針對以上的不足，本實用新型提供了一種方便靈活的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制，傳感器的選擇范圍更廣，環(huán)境因素針對性更強，傳感節(jié)點覆蓋范圍更大的新型傳感監(jiān)測系統(tǒng)，它包括中央監(jiān)控主站、至少一個一級傳輸基站和至少一個采集系統(tǒng)，每一所述采集系統(tǒng)負責監(jiān)測設備狀態(tài)或者設備周圍環(huán)境狀況，并將監(jiān)測的數(shù)據(jù)信號以無線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送至與其對應的一級傳輸基站；所述一級傳輸基站將接受的數(shù)據(jù)信號以光纖傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送至中央監(jiān)控主站；中央監(jiān)控主站對接受的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析、存儲、動態(tài)聯(lián)網(wǎng)顯示和報警，同時向各一級傳輸基站和各采集系統(tǒng)傳達各種控制命令。[0005]每一所述采集系統(tǒng)包括至少一個二級采集端基站，每個所述二級采集端基站通過485總線連接有至少一個傳感器，所述傳感器用于感知設備狀態(tài)或者設備周圍環(huán)境狀況，并將傳感數(shù)據(jù)通過485總線發(fā)送至對應的二級采集端基站；二級采集端基站對接受的所有傳感數(shù)據(jù)進行打包，并通過無線傳輸?shù)姆绞綄⒋虬蟮膫鞲袛?shù)據(jù)發(fā)送至對應的一級傳輸基站。每一所述二級采集端基站通過485總線連接有至少一個電子傳感器。每一所述二級采集端基站通過485總線連接有至少一個光纖傳感器。每一所述二級采集端基站通過485總線連接有至少一個電子傳感器和至少一個光纖傳感器。每一所述二級采集端基站通過485總線連接有分布式拉曼傳感器、分布式布里淵傳感器、光纖光柵傳感器、光纖FP腔傳感器、光纖鍍膜傳感器和光纖端面反射傳感器中的一種或者幾種。每一所述二級采集端基站通過485總線連接有溫度傳感器、應變傳感器、位置傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、氣象傳感器、濃度傳感器、音頻傳感器和紅外熱成像傳感器中的一種或者幾種。本實用新型的有益效果:本實用新型充分發(fā)揮光電混合特性在系統(tǒng)狀態(tài)安全探測和監(jiān)控方面的應用優(yōu)勢，將傳統(tǒng)電子傳感器和光纖傳感器配合使用，使得電子傳感器和光纖傳感器優(yōu)勢互補；二是利用光纖通信的大范圍、長距離傳輸與無線通信的小范圍內輻射覆蓋，隨時隨地交換數(shù)據(jù)相結合，方便靈活組網(wǎng)，優(yōu)化資源配置，根據(jù)需要設計數(shù)據(jù)傳輸及傳感器網(wǎng)絡，布置于各種復雜應用環(huán)境，極大擴展了傳感監(jiān)控系統(tǒng)的適用性和可行性。

圖1為本實用新型的新型傳感監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)框架圖；圖2為本實用新型的采集系統(tǒng)的系統(tǒng)框架圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型進行進一步闡述。如圖1和圖2所示，本實用新型的新型傳感監(jiān)測系統(tǒng)包括中央監(jiān)控主站1、至少一個一級傳輸基站2和至少一個米集系統(tǒng)3,各米集系統(tǒng)3分別與對應的一級傳輸基站2之間通過無線通信終端互連，中央監(jiān)控主站I與各一級傳輸基站2之間通過光纖互連。中央監(jiān)控主站I主要負責數(shù)據(jù)處理，以及負責向各一級傳輸基站2和各采集系統(tǒng)3傳達各種控制命令，中央監(jiān)控主站I控制各采集系統(tǒng)3監(jiān)測設備狀態(tài)或者設備周圍環(huán)境狀況，并將監(jiān)測的數(shù)據(jù)信號以無線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送至與其對應的一級傳輸基站2,同時，中央監(jiān)控主站I還控制各一級傳輸基站2將接受的數(shù)據(jù)信號以光纖傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送至中央監(jiān)控主站1，最后由中央監(jiān)控主站I對接受的所有監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析、存儲、動態(tài)聯(lián)網(wǎng)顯示和報警等處理。其中，采集系統(tǒng)3包括至少一個二級采集端基站31，二級采集端基站31在應用層采用MODBUS協(xié)議，每個二級采集端基站31通過485總線32連接有至少一個傳感器33 (多個傳感器33形成傳感器網(wǎng)絡)，利用傳感器33感知設備狀態(tài)或者設備周圍環(huán)境狀況，并將傳感數(shù)據(jù)通過485總線32發(fā)送至對應的二級采集端基站31 ;二級采集端基站31對接受的所有傳感數(shù)據(jù)進行打包，并通過無線傳輸?shù)姆绞綄⒋虬蟮膫鞲袛?shù)據(jù)發(fā)送至對應的一級傳輸基站2，最終傳輸至中央監(jiān)控主站I進行數(shù)據(jù)處理。通過485總線32連接至二級采集端基站31的傳感器33可以是數(shù)個電子傳感器、可以是數(shù)個光纖傳感器，也可以是數(shù)個電子傳感器和數(shù)個光纖傳感器形成的混合傳感器網(wǎng)絡，傳感器33的種類可以包含溫度傳感器、應變傳感器、位置傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、氣象傳感器、濃度傳感器、音頻傳感器和紅外熱成像傳感器。光纖傳感器可以是分布式拉曼傳感器、分布式布里淵傳感器、光纖光柵傳感器、光纖FP腔傳感器、光纖鍍膜傳感器或光纖端面反射傳感器中的一種或幾種。傳感器網(wǎng)絡是由數(shù)個放置在設備關鍵部位或等距分布點的傳感器串聯(lián)或并聯(lián)而成的，復雜電磁環(huán)境下米用抗干擾能力強的光纖傳感器，已有成熟方案的場合米用體積小、成本低的集成電子傳感器，光纖傳感器與電子傳感器組網(wǎng)工作時不會互相干擾，二級采集端基站31主要由微處理器通信控制模塊和無線通信終端構成，主要負責采集和處理相連的各傳感器33 (傳感器網(wǎng)絡)反饋回來的傳感信號，然后編碼成適合傳輸?shù)臄?shù)據(jù)形式，最后通過射頻的方式轉發(fā)到一級傳輸基站2。一級傳輸基站2是一個廣域傳感檢測系統(tǒng)的區(qū)域信息中樞，通過無線方式連接散布于四周的二級采集端基站31，將各個二級采集端基站31發(fā)回的傳感數(shù)據(jù)收集融合，送到光纖無線網(wǎng)關模塊，該模塊的作用是光電轉換，調制光載波，做好遠距離光纖通信的準備。中央監(jiān)控主站I是在遠端的數(shù)據(jù)分析、存儲、動態(tài)網(wǎng)頁顯示、報警處理或傳達控制命令的監(jiān)控中心。所有傳感器33通過MODBUS總線的RS485串口與二級采集端基站31的PLC通信控制模塊相連；光纖傳感器網(wǎng)絡添加的模塊包括激光光源、光纖傳感器、分光解調模塊和光電轉換模塊，再通過RS485串口與二級采集端基站31的微處理器通信控制模塊相連，多個二級采集端基站31的無線通信終端通過自組織形成無線傳感網(wǎng)，與所依附的一級傳輸基站2的無線通信終端相連。MODBUS 通訊MODBUS是一個標準的、真正開放的、在工業(yè)自動化領域應用最廣泛的網(wǎng)絡通訊協(xié)議，可以連接不同類型總線或網(wǎng)絡的設備之間提供客戶機/服務器通信。MODBUS協(xié)議包括ASCII,RTU,TCP等，并沒有規(guī)定物理層。此協(xié)議定義了控制器能夠認識和使用的消息結構，而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡進行通信的。數(shù)據(jù)通訊采用Master/Slave方式，Master端發(fā)出數(shù)據(jù)請求消息，Slaver端接收到正確消息后就可以發(fā)送數(shù)據(jù)到Master端以請求響應請求;Master端也可以直接發(fā)消息修改Slave端的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)雙向讀寫。工作時，首先初始化線路上的各RS485串口，然后在總線上發(fā)送廣播報文，廣播報文內容為召喚各傳感器的數(shù)據(jù)，延時200ms，等待總線上數(shù)據(jù)返回情況，分配傳感器不同的地址，按地址依次遙測各傳感器，并在允許的時間內等待傳感器的響應，獲得數(shù)據(jù)，把各傳感器的數(shù)值封裝在不同的存儲空間中。無線通訊系統(tǒng)中的無線數(shù)據(jù)收發(fā)主要在一級傳輸基站2和區(qū)域內的數(shù)個二級采集端基站31之間發(fā)生，二級采集端基站31作為無線傳感器網(wǎng)的節(jié)點，通過自組織方式構成無線網(wǎng)絡，以協(xié)作的方式感知、采集和處理傳感器覆蓋區(qū)域中特定的信息，這種自組織形式構成的網(wǎng)絡，通過多跳中繼方式先將數(shù)據(jù)傳回傳一級傳輸基站2的無線通信模塊，即SINK節(jié)點，最后借助SINK鏈路將整個區(qū)域內的數(shù)據(jù)傳送到中央監(jiān)控主站I進行集中處理。傳感器網(wǎng)絡路由性能決定傳感器節(jié)點的能量使用效率和網(wǎng)絡的生存期，應用基于分簇的層次型路由LEACH (Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy),相鄰節(jié)點動態(tài)地自動形成簇，節(jié)點等概率的隨機成為簇首，通過使所有節(jié)點均衡地消耗能量，延長了網(wǎng)絡保持連通性的時間。以上所述僅為本實用新型的較佳實施方式，本實用新型并不局限于上述實施方式，在實施過程中可能存在局部微小的結構改動，如果對本實用新型的各種改動或變型不脫離本實用新型的精神和范圍，且屬于本實用新型的權利要求和等同技術范圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型。
權利要求1.一種新型傳感監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，它包括中央監(jiān)控主站(I)、至少一個一級傳輸基站(2 )和至少一個采集系統(tǒng)(3 )，每一所述采集系統(tǒng)(3 )負責監(jiān)測設備狀態(tài)或者設備周圍環(huán)境狀況，并將監(jiān)測的數(shù)據(jù)信號以無線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送至與其對應的一級傳輸基站(2);所述一級傳輸基站(2)將接受的數(shù)據(jù)信號以光纖傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送至中央監(jiān)控主站(I);中央監(jiān)控主站(I)對接受的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析、存儲、動態(tài)聯(lián)網(wǎng)顯示和報警，同時向各一級傳輸基站(2 )和各采集系統(tǒng)(3 )傳達各種控制命令。
2.根據(jù)權利要求1所述的新型傳感監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，每一所述采集系統(tǒng)(3)包括至少一個二級采集端基站(31)，每個所述二級采集端基站(31)通過485總線(32)連接有至少一個傳感器(33)，所述傳感器(33)用于感知設備狀態(tài)或者設備周圍環(huán)境狀況，并將傳感數(shù)據(jù)通過485總線(32)發(fā)送至對應的二級采集端基站(31) ;二級采集端基站(31)對接受的所有傳感數(shù)據(jù)進行打包，并通過無線傳輸?shù)姆绞綄⒋虬蟮膫鞲袛?shù)據(jù)發(fā)送至對應的一級傳輸基站(2)。
3.根據(jù)權利要求2所述的新型傳感監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，每一所述二級采集端基站(31)通過485總線(32)連接有至少一個電子傳感器。
4.根據(jù)權利要求2所述的新型傳感監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，每一所述二級采集端基站(31)通過485總線(32)連接有至少一個光纖傳感器。
5.根據(jù)權利要求2所述的新型傳感監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，每一所述二級采集端基站(31)通過485總線(32)連接有至少一個電子傳感器和至少一個光纖傳感器。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的新型傳感監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，每一所述二級采集端基站(31)通過485總線(32)連接有分布式拉曼傳感器、分布式布里淵傳感器、光纖光柵傳感器、光纖FP腔傳感器、光纖鍍膜傳感器和光纖端面反射傳感器中的一種或者幾種。
7.根據(jù)權利要求2所述的新型傳感監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，每一所述二級采集端基站(31)通過485總線(32)連接有溫度傳感器、應變傳感器、位置傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、氣象傳感器、濃度傳感器、音頻傳感器和紅外熱成像傳感器中的一種或者幾種。
專利摘要本實用新型公開了一種方便靈活的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制，傳感器的選擇范圍更廣，環(huán)境因素針對性更強，傳感節(jié)點覆蓋范圍更大的新型傳感監(jiān)測系統(tǒng)，它包括中央監(jiān)控主站、數(shù)個一級傳輸基站和數(shù)個采集系統(tǒng)，各采集系統(tǒng)與各一級傳輸基站之間通過無線通信終端互連，中央監(jiān)控主站與各一級傳輸基站之間通過光纖互連。中央監(jiān)控主站負責數(shù)據(jù)處理，以及向各一級傳輸基站和各采集系統(tǒng)傳達控制命令，中央監(jiān)控主站控制各采集系統(tǒng)監(jiān)測設備狀態(tài)或者設備周圍環(huán)境狀況，并將監(jiān)測的數(shù)據(jù)信號發(fā)送至與一級傳輸基站，中央監(jiān)控主站還控制各一級傳輸基站將接受的數(shù)據(jù)信號發(fā)送至中央監(jiān)控主站，由中央監(jiān)控主站對所有監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析、存儲、動態(tài)聯(lián)網(wǎng)顯示和報警。
文檔編號G08C23/06GK203025941SQ201320029858
公開日2013年6月26日 申請日期2013年1月18日 優(yōu)先權日2013年1月18日
發(fā)明者黃旭光, 徐偉, 鐘澤檳 申請人:華南師范大學