[发明专利]面向危险环境监测的主动式传感器网络系统及移动节点装置

说明书

技术领域

本发明涉及危险环境监测、无线通信及分布式机器人控制领域，特别涉及一种面向危险环境监测的主动式传感器网络系统及移动节点装置。

背景技术

目前，无线传感器网络作为一种全新的信息获取与处理技术，开始在军事、环境、健康、家庭等领域得到越来越广泛的应用。对于各种长期或短期的环境监测应用，传统的有线测控系统由于布线困难、结构复杂等原因，往往难以胜任。无线传感器网络作为有线测控系统的一个重要扩展与补充，很好地解决了这一问题。

而对于一些危险紧急场合，比如建筑物失火或有害化学品泄漏等，人和大型设备往往难以接近或进入现场。此时，传统的无线传感器网络节点由于无法投放部署到现场进行组网，环境信息采集的任务难以完成。某些现场环境虽然不具有危险性，但由于地形和空间等限制，人和大型设备也难以进入其中投放部署无线节点，现场环境状况很难获知。

目前传统无线传感器网络的研究还面临许多理论与技术难题，比如节点能耗、分布式标定、时空不规则性、动态网络重配置等问题。尽管从网络拓扑的层面来说，无线传感器网络是动态的，但目前大部分的无线传感器节点是静态的，也就是说，一旦传感器节点被布置好以后，它们是静止不动的。而且作为数据汇聚点的基站也往往是固定的。这种静态的传感器节点和基站缺乏一定的灵活性，无法根据被监测对象的变化来动态地调整节点的地域分布以保证一定的测量精度。另外，仅依赖于网络层的动态配置，仍不足以大幅度提高网络的寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服现有技术存在的技术缺陷和不足，提供一种面向危险环境监测的主动式传感器网络系统及移动节点装置。

本发明面向危险环境监测的主动式传感器网络系统，由客户端计算机、基站和若干移动节点构成，其特征是：基站在移动节点和客户端计算机之间起到一个网关的作用，一方面负责收集移动节点的数据上传给客户端计算机，另一方面负责发送客户终端的命令到移动节点；各移动节点之间以及基站和移动节点之间采用无线通信，通过多跳自组织的方式(采用Xmesh协议)形成网状网络；移动节点将采集的环境数据通过Xmesh方式单跳或多跳传送给基站，基站将信息分类，并重新打包，通过Internet等骨干网络传送给客户端计算机；客户端根据监测要求发送命令给基站，再由基站将命令分解，单跳或多跳路由给不同的移动节点执行相应任务。

本发明面向危险环境监测的主动式传感器网络系统的移动节点装置，由传感器单元、执行机构单元、通信处理单元以及电源模块构成；传感器单元的各传感器采集环境数据，通过接口传送给通信处理单元，由主MCU进行处理并加以存储；执行机构单元由协MCU、编码盘、测距定位设备和电压检测模块以及整体动作机构组成，协MCU控制整体动作机构动作；通信处理单元由无线收发模块、主微控制器(MCU)和存储器组成。

所述整体动作机构采用后端主动轮加前端万向轮差分结构；万向轮固定于底板上；主动轮通过联轴器连接在带减速机的大扭矩电机上。

本发明面向危险环境监测的主动式传感器网络系统，采用将传统无线传感器网络与移动机器人技术相互结合的方法，利用移动节点可控机动能力的优势，可以完成建筑物失火、有害化学品泄漏等人不可达的危险现场的环境监测任务，有利于公共安全监控和灾害事故抢救工作。利用远程客户端进行移动节点的控制、查询、数据采集和反馈，解决了危险环境中传统无线传感器网络部署、环境监测、节点能耗和自主修复难以实现等弊端，为实现危险现场的环境监测提供有力的保障。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图。

图2是本发明的基站结构示意图。

图3是本发明的移动节点装置结构示意图。

图4是本发明的系统控制程序框图。

图5是本发明的移动节点装置控制程序框图。

图6是本发明的移动节点装置控制系统框图。

图7是本发明的cmd组件程序框图。

图8是本发明的移动节点行为框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

实施例：本发明系统装置主要由移动节点、基站、客户端计算机和相应的软件系统组成。系统结构附图1所示。带有执行器模块(Actuator)的移动节点是这个平台的主要组成部分，也是此平台设计的重点，而基站则采用商业现成组件。软件的设计则包括移动节点、汇聚节点以及PC机三个部分。