[发明专利]有害气体浓度超标预警系统

权利要求书

1.有害气体浓度超标预警系统，其特征是，包括感知装置、控制装置、进气端控制电路、执行装置、显示器、报警器；

所述感知装置用于采集室内的有害气体浓度数据；

所述控制装置将有害气体浓度数据与对应的设定值作比较，根据比较结果控制进气端控制电路，以控制室内风阀和室外风阀的开闭；所述控制装置还根据比较结果输出报警信息；

所述执行装置，其包括与控制装置无线连接的无线收发器，所述无线收发器用于接收所述控制装置发送的报警信息；

所述显示器与执行装置以及控制装置连接，用于显示有害气体浓度数据以及报警信息；

所述报警器与执行装置连接，执行装置根据所述报警信息控制所述报警器进行报警；

所述感知装置包括汇聚节点和多个用于采集有害气体浓度数据的传感器节点，网络拓扑构建时传感器节点通过竞选操作选出簇头，并根据选举出的簇头进行分簇；簇头被配置为将簇内传感器节点采集的有害气体浓度数据汇总并发送至汇聚节点；汇聚节点被配置为将各簇头汇总的有害气体浓度数据发送至所述控制装置；簇头选择簇内的一个传感器节点作为数据收集节点，簇内的其余传感器节点根据距离将采集的有害气体浓度数据发送至该数据收集节点或对应簇头；当数据收集节点接收到的有害气体浓度数据量达到其最大缓存时，数据收集节点将接收的有害气体浓度数据转发至簇头；

其中，其余传感器节点根据距离将采集的有害气体浓度数据发送至该数据收集节点或对应簇头，即：当与数据收集节点之间的距离更近时，传感器节点将采集的有害气体浓度数据发送至数据收集节点，当与簇头的距离更近时，传感器节点将采集的有害气体浓度数据发送至该簇头；

其中，簇头选择簇内的一个传感器节点作为数据收集节点，包括：

(1)按照下列公式计算簇内各传感器节点的选择概率，并确定其中的最大选择概率P_max和最小选择概率P_min：

式中，P_ab表示簇头a对应簇内传感器节点b的选择概率，D_ab为簇头a与所述传感器节点b的距离，R_a为所述簇头a的簇半径，d_b为所述传感器节点b的通信距离，n_b为所述传感器节点b的邻居节点数目，N_a为簇头a对应簇的传感器节点数目，μ₁、μ₂为设定的权重系数；

(2)将簇内各传感器节点按照选择概率由大到小的顺序进行排序，从中将选择概率大于的传感器节点作为备选数据收集节点，并归入备选数据收集节点集合；

(3)簇头在备选数据收集节点集合中选择一个当前剩余能量最大的备选数据收集节点作为数据收集节点。

2.根据权利要求1所述的有害气体浓度超标预警系统，其特征是，所述传感器节点包括用于采集待监测区域的有害气体浓度信号的传感器和用于将传感器信号转换为对应的有害气体浓度数据的信号适配器，所述信号适配器与传感器连接；还包括用于控制采集频率的控制器，所述控制器与传感器连接；

其中，所述传感器包括：

二氧化氮传感器，用于检测室内二氧化氮含量值；

二氧化硫传感器，用于检测室内二氧化硫含量值；

甲醛传感器，用于检测室内甲醛含量值；

臭氧传感器，用于检测室内臭氧含量值。

3.根据权利要求1或2所述的有害气体浓度超标预警系统，其特征是，所述控制装置包括数据库、比较分析单元和预警单元，所述数据库内存储有所述对应的设定值；所述比较分析单元用于将有害气体浓度数据与对应的设定值进行比较，并输出比较结果；所述预警单元在所述比较结果为有害气体浓度数据超出设定值时输出报警信息。

4.根据权利要求1所述的有害气体浓度超标预警系统，其特征是，所述进气端控制电路包括室外风阀控制电路和室内风阀控制电路。

5.根据权利要求1所述的有害气体浓度超标预警系统，其特征是，所述传感器节点通过竞选操作选出簇头，包括：

(1)汇聚节点收集网络中各传感器节点的节点度和能量信息，根据收集的信息确定用于竞选操作的相关信息并广播至各传感器节点，所述相关信息包括网络中传感器节点的最大节点度K_max、最小节点度K_min、节点度总和Δ_K、网络中传感器节点的初始能量之和E_Δ(0)；

(2)汇聚节点广播选簇头消息，任意传感器节点i以概率P_i随机地成为候选簇头，其中，设定P_i的计算公式为：

式中，E_i0为传感器节点i的初始能量，E_i为传感器节点i的当前剩余能量，K_i为传感器节点i的节点度，N为网络中的传感器节点个数；λ₁、λ₂为设定的权重系数；

(3)传感器节点i成为候选簇头时，向自己的一跳邻居节点发送入簇消息，该入簇消息包括传感器节点i的节点度；收到入簇消息的一跳邻居节点的节点度若不大于传感器节点i的节点度，则向传感器节点i回复确认加入消息，若大于传感器节点i的节点度，则向传感器节点i回复转让簇头消息；

(4)传感器节点i若收到所有一跳邻居节点的确认加入消息，则正式成为簇头；传感器节点i若在设定时间内收到转让簇头消息，则在发送了转让簇头消息的所有一跳邻居节点中选择节点度最大的作为正式簇头，并向自己的邻居节点广播簇头已转让消息，传感器节点i以及收到该簇头已转让消息的各邻居节点皆加入到该正式簇头。