專利名稱：基于光纖和無(wú)線傳輸?shù)膫鞲斜O(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)設(shè)備狀態(tài)和設(shè)備周圍環(huán)境狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)的傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具體來(lái)說(shuō)，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(duì)性更強(qiáng)，傳感節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍更大的基于光纖和無(wú)線傳輸?shù)膫鞲斜O(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著全球一體化、工業(yè)自動(dòng)化和信息化進(jìn)程的不斷深入，物聯(lián)網(wǎng)或智能傳感網(wǎng)技術(shù)越來(lái)越受到人們的關(guān)注，未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)將對(duì)促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，帶動(dòng)人類的進(jìn)步發(fā)揮著重要作用，被稱為繼計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次大潮。物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)射頻識(shí)另Ij (RFID)、傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線傳感網(wǎng)因其具有自組織、高可靠、靈活性、低功耗等特點(diǎn)，在國(guó)防軍事、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療健康、交通管理、制造業(yè)、抗災(zāi)搶險(xiǎn)等領(lǐng)域有非常廣泛的應(yīng)用前景，是加速物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟和商用化的關(guān)鍵領(lǐng)域之一。光纖無(wú)線傳感網(wǎng)是將光纖傳感或光纖通信技術(shù)引入到無(wú)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(wú)線和光纖傳輸接力的綜合專用網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)。光纖接入技術(shù)能解決帶寬和傳輸距離不足的問(wèn)題而無(wú)線接入能滿足靈活組網(wǎng)和移動(dòng)入網(wǎng)的需求，光纖無(wú)線融合的傳感技術(shù)在近幾年受到廣泛關(guān)注和深入研究，例如審定
公開(kāi)日為2007年06月27日、公開(kāi)號(hào)為CN1987952的中國(guó)專利“無(wú)線光纖傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)”，提出將光纖光柵傳感器等光纖傳感頭作為無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)和可調(diào)諧濾波器作為解調(diào)單元的無(wú)線傳感網(wǎng)。審定
公開(kāi)日為2008年07月16日、公開(kāi)號(hào)為CN101222523的中國(guó)專利“多參量光纖光柵無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)”，提出自組織的傳感節(jié)點(diǎn)通過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)與近程終端通信，近程終端通過(guò)手機(jī)網(wǎng)絡(luò)GPRS或INTERNET與遠(yuǎn)程終端通信。上述無(wú)線傳感網(wǎng)中均沒(méi)有采用技術(shù)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(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)有互補(bǔ)空間，根據(jù)不同場(chǎng)合不同精度要求選擇合適傳感器易于實(shí)現(xiàn)成效最大化；并且傳感網(wǎng)絡(luò)體系也存在不足，當(dāng)監(jiān)控區(qū)域廣而傳感節(jié)點(diǎn)多且長(zhǎng)時(shí)工作時(shí)，對(duì)終端設(shè)備要求高，成本昂貴的GPRS網(wǎng)或INTERNET不適合用來(lái)傳輸龐大的數(shù)據(jù)量，使無(wú)線傳感網(wǎng)的應(yīng)用范圍和監(jiān)控能力受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上的不足，本發(fā)明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(duì)性更強(qiáng)，傳感節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍更大的基于光纖和無(wú)線傳輸?shù)膫鞲斜O(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它包括中央監(jiān)控主站、至少一個(gè)一級(jí)傳輸基站和至少一個(gè)采集系統(tǒng)，每一所述采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)或者設(shè)備周圍環(huán)境狀況，并將監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)信號(hào)以無(wú)線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送至與其對(duì)應(yīng)的一級(jí)傳輸基站；所述一級(jí)傳輸基站將接受的數(shù)據(jù)信號(hào)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(duì)接受的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)、動(dòng)態(tài)聯(lián)網(wǎng)顯示和報(bào)警，同時(shí)向各一級(jí)傳輸基站和各米集系統(tǒng)傳達(dá)各種控制命令。
每一所述采集系統(tǒng)包括至少一個(gè)二級(jí)采集端基站，每個(gè)所述二級(jí)采集端基站通過(guò)485總線連接有至少一個(gè)傳感器，所述傳感器用于感知設(shè)備狀態(tài)或者設(shè)備周圍環(huán)境狀況，并將傳感數(shù)據(jù)通過(guò)485總線發(fā)送至對(duì)應(yīng)的二級(jí)采集端基站；二級(jí)采集端基站對(duì)接受的所有傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，并通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞綄⒋虬蟮膫鞲袛?shù)據(jù)發(fā)送至對(duì)應(yīng)的一級(jí)傳輸基站。每一所述二級(jí)采集端基站通過(guò)485總線連接有至少一個(gè)電子傳感器。每一所述二級(jí)采集端基站通過(guò)485總線連接有至少一個(gè)光纖傳感器。每一所述二級(jí)采集端基站通過(guò)485總線連接有至少一個(gè)電子傳感器和至少一個(gè)光纖傳感器。每一所述二級(jí)采集端基站通過(guò)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(jí)采集端基站通過(guò)485總線連接有溫度傳感器、應(yīng)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。本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明充分發(fā)揮光電混合特性在系統(tǒng)狀態(tài)安全探測(cè)和監(jiān)控方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，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(shì)互補(bǔ)；二是利用光纖通信的大范圍、長(zhǎng)距離傳輸與無(wú)線通信的小范圍內(nèi)輻射覆蓋，隨時(shí)隨地交換數(shù)據(jù)相結(jié)合，方便靈活組網(wǎng)，優(yōu)化資源配置，根據(jù)需要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸及傳感器網(wǎng)絡(luò)，布置于各種復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境，極大擴(kuò)展了傳感監(jiān)控系統(tǒng)的適用性和可行性。


圖1為本發(fā)明的基于光纖和無(wú)線傳輸?shù)膫鞲斜O(jiān)測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)框架圖；圖2為本發(fā)明的采集系統(tǒng)的系統(tǒng)框架圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步闡述。如圖1和圖2所示，本發(fā)明的基于光纖和無(wú)線傳輸?shù)膫鞲斜O(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括中央監(jiān)控主站1、至少一個(gè)一級(jí)傳輸基站2和至少一個(gè)米集系統(tǒng)3,各米集系統(tǒng)3分別與對(duì)應(yīng)的一級(jí)傳輸基站2之間通過(guò)無(wú)線通信終端互連，中央監(jiān)控主站I與各一級(jí)傳輸基站2之間通過(guò)光纖互連。中央監(jiān)控主站I主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理，以及負(fù)責(zé)向各一級(jí)傳輸基站2和各采集系統(tǒng)3傳達(dá)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(cè)設(shè)備狀態(tài)或者設(shè)備周圍環(huán)境狀況，并將監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)信號(hào)以無(wú)線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送至與其對(duì)應(yīng)的一級(jí)傳輸基站2，同時(shí)，中央監(jiān)控主站I還控制各一級(jí)傳輸基站2將接受的數(shù)據(jù)信號(hào)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(duì)接受的所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)、動(dòng)態(tài)聯(lián)網(wǎng)顯示和報(bào)警等處理。其中，采集系統(tǒng)3包括至少一個(gè)二級(jí)采集端基站31，二級(jí)采集端基站31在應(yīng)用層采用MODBUS協(xié)議，每個(gè)二級(jí)采集端基站31通過(guò)485總線32連接有至少一個(gè)傳感器33 (多個(gè)傳感器33形成傳感器網(wǎng)絡(luò))，利用傳感器33感知設(shè)備狀態(tài)或者設(shè)備周圍環(huán)境狀況，并將傳感數(shù)據(jù)通過(guò)485總線32發(fā)送至對(duì)應(yīng)的二級(jí)采集端基站31 ;二級(jí)采集端基站31對(duì)接受的所有傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，并通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞綄⒋虬蟮膫鞲袛?shù)據(jù)發(fā)送至對(duì)應(yīng)的一級(jí)傳輸基站2，最終傳輸至中央監(jiān)控主站I進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。通過(guò)485總線32連接至二級(jí)采集端基站31的傳感器33可以是數(shù)個(gè)電子傳感器、可以是數(shù)個(gè)光纖傳感器，也可以是數(shù)個(gè)電子傳感器和數(shù)個(gè)光纖傳感器形成的混合傳感器網(wǎng)絡(luò)，傳感器33的種類可以包含溫度傳感器、應(yīng)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(luò)是由數(shù)個(gè)放置在設(shè)備關(guān)鍵部位或等距分布點(diǎn)的傳感器串聯(lián)或并聯(lián)而成的，復(fù)雜電磁環(huán)境下米用抗干擾能力強(qiáng)的光纖傳感器，已有成熟方案的場(chǎng)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(shí)不會(huì)互相干擾，二級(jí)采集端基站31主要由微處理器通信控制模塊和無(wú)線通信終端構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)采集和處理相連的各傳感器33 (傳感器網(wǎng)絡(luò))反饋回來(lái)的傳感信號(hào)，然后編碼成適合傳輸?shù)臄?shù)據(jù)形式，最后通過(guò)射頻的方式轉(zhuǎn)發(fā)到一級(jí)傳輸基站2。一級(jí)傳輸基站2是一個(gè)廣域傳感檢測(cè)系統(tǒng)的區(qū)域信息中樞，通過(guò)無(wú)線方式連接散布于四周的二級(jí)采集端基站31，將各個(gè)二級(jí)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(wú)線網(wǎng)關(guān)模塊，該模塊的作用是光電轉(zhuǎn)換，調(diào)制光載波，做好遠(yuǎn)距離光纖通信的準(zhǔn)備。中央監(jiān)控主站I是在遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)分析、存儲(chǔ)、動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)顯示、報(bào)警處理或傳達(dá)控制命令的監(jiān)控中心。所有傳感器33通過(guò)MODBUS總線的RS485串口與二級(jí)采集端基站31的PLC通信控制模塊相連；光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)添加的模塊包括激光光源、光纖傳感器、分光解調(diào)模塊和光電轉(zhuǎn)換模塊，再通過(guò)RS485串口與二級(jí)采集端基站31的微處理器通信控制模塊相連，多個(gè)二級(jí)采集端基站31的無(wú)線通信終端通過(guò)自組織形成無(wú)線傳感網(wǎng)，與所依附的一級(jí)傳輸基站2的無(wú)線通信終端相連。MODBUS 通訊MODBUS是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的、真正開(kāi)放的、在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，可以連接不同類型總線或網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備之間提供客戶機(jī)/服務(wù)器通信。MODBUS協(xié)議包括ASCII,RTU,TCP等，并沒(méi)有規(guī)定物理層。此協(xié)議定義了控制器能夠認(rèn)識(shí)和使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過(guò)何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(qǐng)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(qǐng)求響應(yīng)請(qǐng)求;Master端也可以直接發(fā)消息修改Slave端的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)雙向讀寫。工作時(shí)，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(bào)文，廣播報(bào)文內(nèi)容為召喚各傳感器的數(shù)據(jù)，延時(shí)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(cè)各傳感器，并在允許的時(shí)間內(nèi)等待傳感器的響應(yīng)，獲得數(shù)據(jù)，把各傳感器的數(shù)值封裝在不同的存儲(chǔ)空間中。無(wú)線通訊系統(tǒng)中的無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)主要在一級(jí)傳輸基站2和區(qū)域內(nèi)的數(shù)個(gè)二級(jí)采集端基站31之間發(fā)生，二級(jí)采集端基站31作為無(wú)線傳感器網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)，通過(guò)自組織方式構(gòu)成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，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(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)多跳中繼方式先將數(shù)據(jù)傳回傳一級(jí)傳輸基站2的無(wú)線通信模塊，即SINK節(jié)點(diǎn)，最后借助SINK鏈路將整個(gè)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到中央監(jiān)控主站I進(jìn)行集中處理。傳感器網(wǎng)絡(luò)路由性能決定傳感器節(jié)點(diǎn)的能量使用效率和網(wǎng)絡(luò)的生存期，應(yīng)用基于分簇的層次型路由LEACH (Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy),相鄰節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)地自動(dòng)形成簇，節(jié)點(diǎn)等概率的隨機(jī)成為簇首，通過(guò)使所有節(jié)點(diǎn)均衡地消耗能量，延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)保持連通性的時(shí)間。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施方式，在實(shí)施過(guò)程中可能存在局部微小的結(jié)構(gòu)改動(dòng)，如果對(duì)本發(fā)明的各種改動(dòng)或變型不脫離本發(fā)明的精神和范圍，且屬于本發(fā)明的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型。
權(quán)利要求
1.一種基于光纖和無(wú)線傳輸?shù)膫鞲斜O(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，它包括中央監(jiān)控主站(I)、至少一個(gè)一級(jí)傳輸基站(2 )和至少一個(gè)采集系統(tǒng)(3 )，每一所述采集系統(tǒng)(3 )負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)或者設(shè)備周圍環(huán)境狀況，并將監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)信號(hào)以無(wú)線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送至與其對(duì)應(yīng)的一級(jí)傳輸基站(2);所述一級(jí)傳輸基站(2)將接受的數(shù)據(jù)信號(hào)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(duì)接受的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)、動(dòng)態(tài)聯(lián)網(wǎng)顯示和報(bào)警，同時(shí)向各一級(jí)傳輸基站(2)和各米集系統(tǒng)(3)傳達(dá)各種控制命令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖和無(wú)線傳輸?shù)膫鞲斜O(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，每一所述采集系統(tǒng)(3)包括至少一個(gè)二級(jí)采集端基站(31)，每個(gè)所述二級(jí)采集端基站(31)通過(guò)485總線(32)連接有至少一個(gè)傳感器(33)，所述傳感器(33)用于感知設(shè)備狀態(tài)或者設(shè)備周圍環(huán)境狀況，并將傳感數(shù)據(jù)通過(guò)485總線(32)發(fā)送至對(duì)應(yīng)的二級(jí)采集端基站(31) ;二級(jí)采集端基站(31)對(duì)接受的所有傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，并通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞綄⒋虬蟮膫鞲袛?shù)據(jù)發(fā)送至對(duì)應(yīng)的一級(jí)傳輸基站(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于光纖和無(wú)線傳輸?shù)膫鞲斜O(jiān)測(cè)系統(tǒng),其特征在于，每一所述二級(jí)采集端基站(31)通過(guò)485總線(32)連接有至少一個(gè)電子傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于光纖和無(wú)線傳輸?shù)膫鞲斜O(jiān)測(cè)系統(tǒng),其特征在于,每一所述二級(jí)采集端基站(31)通過(guò)485總線(32)連接有至少一個(gè)光纖傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于光纖和無(wú)線傳輸?shù)膫鞲斜O(jiān)測(cè)系統(tǒng),其特征在于，每一所述二級(jí)采集端基站(31)通過(guò)485總線(32)連接有至少一個(gè)電子傳感器和至少一個(gè)光纖傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的基于光纖和無(wú)線傳輸?shù)膫鞲斜O(jiān)測(cè)系統(tǒng),其特征在于，每一所述二級(jí)采集端基站(31)通過(guò)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(quán)利要求2所述的基于光纖和無(wú)線傳輸?shù)膫鞲斜O(jiān)測(cè)系統(tǒng),其特征在于，每一所述二級(jí)采集端基站(31)通過(guò)485總線(32)連接有溫度傳感器、應(yīng)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。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)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(duì)性更強(qiáng)，傳感節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍更大的基于光纖和無(wú)線傳輸?shù)膫鞲斜O(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它包括中央監(jiān)控主站、數(shù)個(gè)一級(jí)傳輸基站和數(shù)個(gè)采集系統(tǒng)，各采集系統(tǒng)與各一級(jí)傳輸基站之間通過(guò)無(wú)線通信終端互連，中央監(jiān)控主站與各一級(jí)傳輸基站之間通過(guò)光纖互連。中央監(jiān)控主站負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理，以及向各一級(jí)傳輸基站和各采集系統(tǒng)傳達(dá)控制命令，中央監(jiān)控主站控制各采集系統(tǒng)監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)或者設(shè)備周圍環(huán)境狀況，并將監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送至與一級(jí)傳輸基站，中央監(jiān)控主站還控制各一級(jí)傳輸基站將接受的數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送至中央監(jiān)控主站，由中央監(jiān)控主站對(duì)所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)、動(dòng)態(tài)聯(lián)網(wǎng)顯示和報(bào)警。
文檔編號(hào)G01D21/02GK103148890SQ20131002087
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者黃旭光, 徐偉, 鐘澤檳 申請(qǐng)人:華南師范大學(xué)