基于透过式无线自组传感网络的分布式甲醛检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于透过式无线自组传感网络的分布式甲醛检测系统及方法，系统由透过式无线自组传感网络，透过式无线自组传感网络各个节点上甲醛测量终端，以及PC监测处理主机三部分组成。本发明专利技术可以实现分辨率为0.01ppm的甲醛浓度测量，传输网络穿透障碍物能力强，实现最远5000米、多节点的分布式测量以及大数据量的精确采集和存储分析。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环境测量领域，涉及一种甲醛测量装置，尤其是一种基于透过式无线自组传感网络的分布式甲醛检测系统及方法。
技术介绍
甲醛是一种无色，有强烈刺激性气味的气体。易溶于水、醇和醚。甲醛在常温下是气态，通常以水溶液形式出现。甲醛为较高毒性的物质，在我国有毒化学品优先控制名单上高居第二位。已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质，是公认的变态反应源，也是潜在的强致癌突变物之一。其浓度在每立方米空气中达到0.06~0.07mg/m3时，儿童就会发生轻微气喘。当室内空气中达到0.1mg/m3时，就有异味和不适感；达到0.5mg/m3时，可刺激眼睛，引起流泪；达到0.6 mg/m3，可引起咽喉不适或疼痛。浓度更高时，可引起恶心呕吐，咳嗽胸闷，气喘甚至肺水肿；达到30mg/m3时，会立即致人死亡。因此，对空气中甲醛的精确测量成为现在环境测量的重要方向之一。而随着射频无线通信技术的发展和广泛应用，无线传感网络技术已经应用在甲醛监测系统中，实现了对监测区域甲醛浓度的实时监测。但是，传统的射频无线收发芯片需要节点终端芯片进行配置，需要占用终端芯片大量资源。因此，通常射频无线通信模块都需要使用专用的配置芯片对射频无线收发芯片进行配置或者使用高端芯片作为终端芯片，大大增加了射频无线通信网络节点的硬件成本。同时，由于射频无线通信网络应用广泛，不同的开发团体研发射频无线通信网络时，都需要投入大量的研发时间来开发射频无线收发芯片与终端芯片之间的通信接口，极大的增加了研发成本。公开号为CN204065054U的中国专利，使用WIFI技术对甲醛进行无线监测，使用了相同的网络协议，且结构简单，使用方便。但是其他主流无线网络对其同频干扰较大，数据传输时误码率较高缺少本地信息的处理与储存，不利于甲醛浓度的动态监测。而且该系统必须使用WIFI路由器及相关网络，通信距离较短，限制了系统的使用场合和监测的覆盖范围。公开号为CN203012946U的中国专利，将ZigBee与GPRS技术利用到甲醛监测系统中，解决了甲醛监测方式繁琐，专业性要求高等问题。但是在实际的操作中，ZigBee技术的穿透性较差，数据传输距离较近，不利于远距离大范围监测。而对于大范围多节点的监测，GPRS在进行数据传输时需要消耗大量流量，从而限制了系统对大数据量监测的数据采集。公开号为CN202453320U的中国专利，给出了一种分布式甲醛监测的方法，系统能通过多点监测、无线传输方式实现对居室环境中甲醛浓度的有效监测及显示，但该系统仅使用嵌入式的主机进行最终的数据采集和处理，对多节点大数据量的测量无法做到全面的分析和处理。因此，上述现有技术还存在以下问题：1.测量节点少，或者可以测量多节点但是无法存储和分析；2.采用ZigBee或者WIFI技术的系统通信距离短，而采用GPRS技术的测量系统由于通信成本问题，无法做到长时间大数据量的连续测量；3.一般采用点对点传输，没有路由功能，限制测量的距离和范围；4.通常采用某一终端作为测量主机，数据采集和处理能力弱。
技术实现思路
本专利技术针对以上测量节点少、通信距离短以及数据处理能力弱等问题，提供一种基于透过式无线自组传感网络的分布式甲醛检测系统及方法，通过把PC监测处理主机的串口有线通信协议，透过有线串口连接的任务分配器转换为无线通信协议，查询到远端的甲醛测量终端中的甲醛浓度信息。在此基础上，当某些节点超出任务分配器的无线测量距离，把某些正常通信的甲醛测量终端作为路由节点，组网成无线自组传感网络，并通过相应的路由节点把超出任务分配器测量距离的甲醛测量终端数据传送回PC监测处理主机。从而使PC监测处理主机可以透过任务分配器和相应的无线自组传感网络，实现最远5000米、多节点的分布式测量以及大数据量的精确采集和存储分析。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种基于透过式无线自组传感网络的分布式甲醛检测系统，包括具有若干网络节点的透过式无线自组传感网络、若干甲醛测量终端以及PC监测处理主机；甲醛测量终端分布在透过式无线自组传感网络的若干网络节点上，且均通过透过式无线自组传感网络与PC监测处理主机进行交互；每个甲醛测量终端包括用于采集甲醛浓度参数的电化学甲醛传感器、用于数据采集和通信用的微处理器以及射频无线收发模块。本专利技术进一步的改进在于：所述甲醛测量终端还包括均与微处理器相交互的运算放大器、电源电路、蜂鸣器以及LCD显示屏；电化学甲醛传感器将采集到的信号经过放大后发送给微处理器，微处理器将甲醛参数与报警阀值比较，在甲醛参数高于报警阀值时向蜂鸣器发出报警指令，同时将甲醛参数实时显示在LCD显示屏上。所述微处理器采用ATmega16A微处理器，运算放大器采用AD8628芯片，电化学甲醛传感器采用DART电流型电化学甲醛传感器，电源采用3.3V直流电源。所述ATmega16A微处理器，其内部包含甲醛测量终端数据采集与传输算法。所述射频无线收发模块，其射频发射芯片采用CC1100E芯片。所述透过式无线自组传感网络的数据传输策略，由透过式无线自组传感网络组网策略和透过式无线自组传感网络数据查询策略组成。一种基于透过式无线自组传感网络的分布式甲醛检测系统的数据采集与传输算法，包括以下步骤：1）Atmega16A芯片初始化A\\D转换寄存器、定时器0的寄存器以及定时器2的寄存器，并初始化LCD液晶屏显示界面；2）定时器0的中断函数，每隔32毫秒调用A\\D转换函数；3）A\\D转换函数输出的数值经换算以后得到测量的甲醛浓度值；4）甲醛浓度值发送给LCD显示函数并在此甲醛测量终端的LCD上显示；5）判断甲醛浓度是否超标，并改写定时器2的寄存器值，从而控制脉宽调制信号（PWM）的输出，来控制甲醛测量终端是否通过蜂鸣器报警；6）检测是否有相应的数据查询指令；7）如果有数据查询指令，并且查询的是此终端的地址，则把甲醛浓度值并由射频发射芯片通过透过式无线自组传感网络发送到PC监测主机中；8）如果有数据查询指令，并且查询的是经此终端路由的甲醛测量终端地址，则此终端发送查询指令，查询目标终端的甲醛浓度值，并由射频发射芯片通过透过式无线自组传感网络发送到PC监测主机中；9）如果没有数据查询指令，或者查询的不是经此终端路由的甲醛测量终端地址，则此终端只测量并显示数据，不发送数据，进入待机状态。一种透过式无线自组传感网络组网方法，包括以下步骤：1）各甲醛测量终端节点在上电激活、初始化并进入组网状态，等待接收来自PC监测处理主机的组网命令；2）PC监测处理主机通过有线的串口，以串口协议向任务分配器（0x00）发送组网命令，任务分配器接收到组网命令后，自动设置为路由节点，并成为当前层级网络的路由节点，以射频发射芯片的协议，向所有节点发送组网命令；3）当前路由节点依次查询未组网的节点地址，当节点响应时组网成功，成为与当前路由节点相连的子节点，进入待机状态，不再响应其它路由节点组网命令，没有响应的节点仍保持待组网状态，等待接收某父路由节点的组网命令；4）组网成功的节点设置为当前路由节点的邻居表，并保存路由路径和邻居表并上传到与其相对应的父路由节点；5）所有节点查询完毕后，更新未组网的节点地址，组网成功的所有节点成为新一级的路由节点，依次对未组网的节点本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于透过式无线自组传感网络的分布式甲醛检测系统，其特征在于，包括具有若干网络节点的透过式无线自组传感网络、若干甲醛测量终端以及PC监测处理主机；甲醛测量终端分布在透过式无线自组传感网络的若干网络节点上，且均通过透过式无线自组传感网络与PC监测处理主机进行交互；每个甲醛测量终端包括用于采集甲醛浓度参数的电化学甲醛传感器、用于数据采集和通信用的微处理器以及射频无线收发模块。

【技术特征摘要】
1.基于透过式无线自组传感网络的分布式甲醛检测系统，其特征在于，包括具有若干网络节点的透过式无线自组传感网络、若干甲醛测量终端以及PC监测处理主机；甲醛测量终端分布在透过式无线自组传感网络的若干网络节点上，且均通过透过式无线自组传感网络与PC监测处理主机进行交互；每个甲醛测量终端包括用于采集甲醛浓度参数的电化学甲醛传感器、用于数据采集和通信用的微处理器以及射频无线收发模块。2.根据权利要求1所述的基于透过式无线自组传感网络的分布式甲醛检测系统，其特征在于，所述甲醛测量终端还包括均与微处理器相交互的运算放大器、电源电路、蜂鸣器以及LCD显示屏；电化学甲醛传感器将采集到的信号经过放大后发送给微处理器，微处理器将甲醛参数与报警阀值比较，在甲醛参数高于报警阀值时向蜂鸣器发出报警指令，同时将甲醛参数实时显示在LCD显示屏上。3.根据权利要求2所述的基于透过式无线自组传感网络的分布式甲醛检测系统，其特征在于，所述微处理器采用ATmega16A微处理器，运算放大器采用AD8628芯片，电化学甲醛传感器采用DART电流型电化学甲醛传感器，电源采用3.3V直流电源。4.根据权利要求3所述的基于透过式无线自组传感网络的分布式甲醛检测系统，其特征在于，所述ATmega16A微处理器，其内部包含甲醛测量终端数据采集与传输算法。5.根据权利要求1所述的基于透过式无线自组传感网络的分布式甲醛检测系统，其特征在于，所述射频无线收发模块，其射频发射芯片采用CC1100E芯片。6.根据权利要求1所述的基于透过式无线自组传感网络的分布式甲醛检测系统，其特征在于，所述透过式无线自组传感网络的数据传输策略，由透过式无线自组传感网络组网策略和透过式无线自组传感网络数据查询策略组成。7.一种基于透过式无线自组传感网络的分布式甲醛检测系统的数据采集与传输算法，其特征在于，包括以下步骤：1）Atmega16A芯片初始化A\\D转换寄存器、定时器0的寄存器以及定时器2的寄存器，并初始化LCD液晶屏显示界面；2）定时器0的中断函数，每隔32毫秒调用A\\D转换函数；3）A\\D转换函数输出的数值经换算以后得到测量的甲醛浓度值；4）甲醛浓度值发送给LCD显示函数并在此甲醛测量终端的LCD上显示；5）判断甲醛浓度是否超标，并改写定时器2的寄存器值，从而控制脉宽调制信号（PWM）的输出，来控制甲醛测量终端是否通过蜂鸣器报警；6）检测是否有相应的数据查询指令；7）如果有数据查询指令，并且查询的是此终端的地址，则把甲醛浓度值并由射频发射芯片通过透过式无线自组传感网络发送到PC监测主机中；8）如果有数据查询指令，并且查询的是经此终...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴迪，陈大庆，于洪涛，陶智，张晓俊，肖仲喆，陆爽，葛俊杰，
申请(专利权)人：常熟苏大低碳应用技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32