[实用新型]无线传感网络系统

说明书

技术领域

本实用新型属于无线传感网络技术领域，具体涉及一种无线传感网络系统。

背景技术

随着中国城市化发展的不断扩大，集中式住宅已成为城市发展的趋势。由于人们缺乏消防安全意识，一些易燃材料被无意间带入住宅建筑，导致消防隐患重重，火灾已成为发生率高、危害大、损失重的灾难。对于火灾，人们开始从被动的扑救灭火转向主动的监测预防，火灾防治已成为城市消防发展的趋势。在《建筑设计防火规范》(GB50016-2014)中，已明确提出贯彻“预防为主，防效结合”的消防工作方针。火灾监测报警技术开始受到人们的极大关注，并快速发展起来。

面对日益严峻的火灾灾难，伴随着科学技术的发展，楼宇火灾监测系统孕育而生。传统火灾探测报警系统的出现，在一定程度上减少了火灾带来的人员和财产损失。传统的火灾探测报警系统采用总线式分布，布线规模大，投资成本较高，在前期设计完成后，后期更改线路较难，特别在一些不易布线的建筑中，火灾发生率居高不下。针对传统火灾探测报警系统存在以上缺点，楼宇火灾探测报警系统急需进行一次升级改造。自楼宇火灾探测报警系统问世以来，由于技术的限制，使得楼宇火灾探测报警系统发展缓慢。近年来，随着无线通信技术的发展，将无线通信技术应用于楼宇火灾监测变得可行。无线传感网络的概念诞生于上个世纪80年代，直到20世纪初，才得到了飞速的发展。目前该技术在军事、环境监测、工业监测以及医疗等领域已成功应用。由于无线传感网络技术集成了微机电系统、片上系统、无线通信和低功耗嵌入式技术于一体，具有易布置、易控制、低功耗、通信灵活、低成本等特点，区别于传统的通信技术，无线传感网络是面向应用的、以任务或数据为中心的无线网络技术。

在当前信息化的社会,任何一项科学技术的发展和应用都离不开传感器和信号探测技术的支持。现今社会对传感器技术的小型化、智能化、多功能化和网络化要求促使了无线传感网络(Wireless Sensor Networks,WSN)技术的诞生。

无线传感网络是集分布式信息采集、信息传输和信息处理技术于一体的网络信息系统,被誉为继个人电脑、计算机网络及无线通信之后,IT技术的“第四次产业革命”。传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式处理技术等,通过各类集成化的微型传感器的协作进行实时监控、感知和采集各种环境或监测对象的信息,通过嵌入式系统对信息进行处理,并通过随机自组织无线通信网络,以多跳中继方式将所感知信息传送至用户终端,从而真正实现“无处不在的计算”的理理念。

无线传感网络主要由传感器节点组成,传感器节点相当于一个微型的嵌入式设备,它具有信号感知、计算存储、无线通信等功能。传感器节点被部署在需要进行监测的区域,这种部署通常是通过飞行器散播、人工埋置等方式完成的。节点通过自组织形式构成网络,并通过多跳路由方式将监测的数据传输至管理中心。用户可以通过访问管理中心的服务器来浏览、查询、搜索相关监控数据。

传感器节点作为一种低功耗的嵌入式设备,在不同应用中硬件结构主要包括数据采集单元、数据处理单元、数据传输单元和能量供应单元。

数据采集单元由传感器与模数转换器组成,负责监测区域内信息采集和数据转换；数据处理单元负责整个传感器节点的操作,实现数据的存储、融合以及转发,处理器单元一般选用低功耗的嵌入式处理器,如ATMEL公司的ATmega128芯片；数据传输单元负责与其它传感器节点之间的无线通信,这些无线通信芯片一般是低功耗短距离的射频芯片；能量供应单元负责为传感器节点提供运行所需的能量,无线传感网络中节点数量众多,一般采用3-5V的电池供电,电池存储能量的多少决定了整个节点的寿命,因此,节点能量成为了无线传感网络中需要优先考虑的一个问题。

能量问题是节点设计过程中最大的挑战。节点的体积通常会要求设计得小巧,使得电池体积不能过大。一般而言,电池的能量密度不高,所以节点电池携带的能量十分有限。无线传感网络布置的节点数量通常很多,而且这些节点很多被布置在室外环境中,如果电池能量耗尽,更换电池的工作量十分巨大,大大增加无线传感器监测系统的运行成本。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种应用于楼宇火灾监测的不需要使用电池给传感器节点供电的无线传感网络系统，能够克服传统的楼宇火灾探测报警系统采用总线式分布，布线规模大，投资成本较高，且在前期设计完成后，后期更改线路较难，特别在一些不易布线的建筑中，火灾发生率居高不下的缺陷，极大的降低了无线传感网络的维护成本。