基于无线传感网络的飞艇气体泄漏检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于无线传感网络的飞艇气体泄漏检测系统，包括设于飞艇上的1×1㎡的网格传感器和上位机界面显示单元，所述网格传感器的节点上均设有温度传感器、压力传感器和超声波传感器，所述飞艇上设有无线模块，所述无线模块用于使得各个单元可以自组网退网，形成自组织网络，进一步形成无线异构网络，实现各个单元模块的远程监测，所述飞艇上设有32位微控制器，且32位控制器用于接收发送温度传感器、压力传感器和超声波传感器反馈信息，并通过无线模块传送信息。本发明专利技术能够实时检测气艇周围发生的变化和内部压力的变化，定位出气体泄漏点，进而可以对飞艇进行充气，保护飞艇的安全。

Airship gas leak detection system based on Wireless Sensor Network

The invention discloses an airship gas leak detection system based on wireless sensor network, the sensor grid consists of 1 * 1 square meters located on the airship and PC interface display unit, the sensor node of the grid is provided with a temperature sensor, pressure sensor and ultrasonic sensor, the airship is equipped with a wireless module, the the wireless module is used to make each unit can be ad hoc network back, forming a self-organizing network, and further the formation of heterogeneous wireless networks, remote monitoring module, the airship is equipped with 32 bit microcontroller, and a 32 bit controller for receiving the transmission temperature sensor, pressure sensor and ultrasonic sensor feedback information, and information through the wireless module transfer. The invention can detect the change occurring in the vicinity of the air boat and the change of the internal pressure in real time, locate the gas leak point, and then inflate the airship to protect the safety of the airship.

【技术实现步骤摘要】
基于无线传感网络的飞艇气体泄漏检测系统
本专利技术涉及检测系统
，尤其涉及一种基于无线传感网络的飞艇气体泄漏检测系统。
技术介绍
近年来，随着飞艇技术的发展，飞艇安全问题成了飞艇技术关注的焦点。而目前，对于飞艇气体泄漏的检测方法过于简单，无法及时发现飞艇气体泄漏的位置、不能给予及时的故障反馈。采用人工检查的方法效率低下且成本高，不能发现微弱的气体泄漏点，对整个飞艇的飞行安全极为不利。因此，针对上述问题，本专利技术为了克服上述原有技术中的不足，提出了基于无线传感网络的飞艇气体泄漏监测系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于无线传感网络的飞艇气体泄漏检测系统。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：基于无线传感网络的飞艇气体泄漏检测系统，包括设于飞艇上的1×1㎡的网格传感器和上位机界面显示单元，所述网格传感器的节点上均设有温度传感器、压力传感器和超声波传感器，所述飞艇上设有无线模块，所述无线模块用于使得各个单元可以自组网退网，形成自组织网络，进一步形成无线异构网络，实现各个单元模块的远程监测，所述飞艇上设有32位微控制器，且32位控制器用于接收发送温度传感器、压力传感器和超声波传感器反馈信息，并通过无线模块传送信息，所述上位机界面显示单元内设有小波分析技术单元和数据融合单元，所述小波分析技术单元和数据融合单元用于处理数据并判断泄露位置，所述上位机界面显示单元用于显示小波分析技术单元和数据融合单元判断结果。优选的，所述温度传感器、压力传感器和超声波传感器均使用太阳能供电或外部直接供电，供电电压为标准24V。优选的，所述无线模块为wifi模块或zigbee方式通信组网。优选的，所述上位机界面显示单元内设有接收单元节点，且接收单元节点和无线模块相匹配。优选的，所述32位微控制器内设有数据压缩单元，所述上位机显示单元内设有数据解压单元，且数据解压单元和数据压缩单元相匹配。优选的，所述32位微控制器内设有自学习模块，所述自学习模块用于根据32位微控制器中存储的知识和用户对系统提问的动态应答进行推理，扩充32位微控制器的知识。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术中，通过设计架构基于1×1㎡的网格传感器，每个网格传感器节点针对气体泄漏的特征设有温度、流速、超声波传感器和无线模块，通过集成单元中的无线单元模块，各个单元可以自组网退网，形成自组织网络，进一步形成无线异构网络，实现各个单元模块的远程监测；通过安装在飞艇表面的网格传感器和在飞艇内部的压力传感器，利用小波分析，数据融合技术，将传感器测得的气艇的实时数据通过小波的时频分析、信噪分离和提取有效的信号进行数据融合。这样可以通过实时检测气艇周围发生的变化和内部压力的变化，定位出气体泄漏点，进而可以对飞艇进行充气，保护飞艇的安全。附图说明图1为本专利技术提出的基于无线传感网络的飞艇气体泄漏检测系统的流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。参照图1，基于无线传感网络的飞艇气体泄漏检测系统，包括设于飞艇上的1×1㎡的网格传感器和上位机界面显示单元，所述网格传感器的节点上均设有温度传感器、压力传感器和超声波传感器，所述飞艇上设有无线模块，所述无线模块用于使得各个单元可以自组网退网，形成自组织网络，进一步形成无线异构网络，实现各个单元模块的远程监测，所述飞艇上设有32位微控制器，且32位控制器用于接收发送温度传感器、压力传感器和超声波传感器反馈信息，并通过无线模块传送信息，所述上位机界面显示单元内设有小波分析技术单元和数据融合单元，所述小波分析技术单元和数据融合单元用于处理数据并判断泄露位置，所述上位机界面显示单元用于显示小波分析技术单元和数据融合单元判断结果，所述温度传感器、压力传感器和超声波传感器均使用太阳能供电或外部直接供电，供电电压为标准24V，所述无线模块为wifi模块或zigbee方式通信组网，所述上位机界面显示单元内设有接收单元节点，且接收单元节点和无线模块相匹配，所述32位微控制器内设有数据压缩单元，所述上位机显示单元内设有数据解压单元，且数据解压单元和数据压缩单元相匹配，所述32位微控制器内设有自学习模块，所述自学习模块用于根据32位微控制器中存储的知识和用户对系统提问的动态应答进行推理，扩充32位微控制器的知识。本专利技术针对网格传感器所有传感器接口都采用了滤波的分析方法并进行了光电隔离设计。基于小波包正交分解，各频带信号相互独立，所以我们采用小波包分频能量监测的方法，监测包括谐波分量在内的各种信号分量。使用时，可采用小波包分解信号均方根值来表示所在频带的信号能量大小。设Xij为经过消噪处理后的噪声信号S再经过小波包分解后的第i层的第j个节点的小波包分解系数，对每个小波包分解系数单独单支重构，可提取各频带范围的时域信号。以Sij表示Xij的单支重构信号，则总信号可以表示为：式中，i为小波包分解的层数。假设原始信号S中，最低频率成分为fmin，最高频率成分为fmax，令Δf＝(fmax-fmin)/2i，则信号Sij代表频率范围为(fmin+(j-1)Δf)～(fmin+jΔf)。由于原始信号S为随机信号，Sij也是随机信号，设Sij对应的能量为Eij，则有：式中，xij(j＝1,2,.....n)表示重构信号Sij的离散点的幅值，由此特征向量可以构造如下：T＝[Ei1,Ei2...,Ei2j](3)当能量较大时，Eij通常是一个较大的数值，在分析时候会带来一些不便。可对特征向量T进行归一化处理，令T'＝[Ei1/E,Ei2/E,Ei3/E,...,Ei2i/E](5)向量T'即为特征向量。在故障特征提取过程中，对信号进行小波包分解的层数视具体信号和对特征参数的要求而定，要适当选择小波包分解的层数，如分解层数过少，不能有效提取故障信息特征；如分解层数过多，特征向量的维数大，会影响诊断的速度。通过以上方法提取出故障特征信号进行处理。上述的网格传感器所有传感器接口都采用了小波去噪法，利用小波变换可以区分噪声和边缘，有效的检测出强噪声和信号边缘，动态的检测出观测信号的奇异点，从而实现故障诊断。具体方法如下：f(k)＝s(k)+n(k)k＝0,1,2,3...,N-1(6)其中S(k)为原始信号，n(k)为方差为σ2的高斯白噪声，服从N(0,σ2)分布。对观测信号f(k)作离散小波变换，即Wf(j,k)为小波系数，但是(2)计算量很大也很繁琐，一般来说小波系数Ψ(t)无法表达，所以在实际应用中，采用Mallat算法实现小波变换，即Sf(j+1,k)＝Sf(j,k)*h(j,k)Wf(j+1,k)＝Sf(j,k)*g(j,k)(8)相应的小波重构公式为j＝1,2,3,4,J,其中J为最佳分解尺度，h和g分别是尺度函数Ψ(t)和小波函数对应的低通和高通滤波器，和分别是h和g的共轭，S(f(0),k)为原始信号f(k)，Sf(j,k)为尺度系数，Wf(j,k)为小波系数，以下简记为wj,k。由于小波的变换线性性质可知，对观测信号f(k)＝s(k)+n(k)作离散小波变换之后，得到的小波系数wj,k本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于无线传感网络的飞艇气体泄漏检测系统，包括设于飞艇上的1×1㎡的网格传感器和上位机界面显示单元，其特征在于，所述网格传感器的节点上均设有温度传感器、压力传感器和超声波传感器，所述飞艇上设有无线模块，所述无线模块用于使得各个单元可以自组网退网，形成自组织网络，进一步形成无线异构网络，实现各个单元模块的远程监测，所述飞艇上设有32位微控制器，且32位控制器用于接收发送温度传感器、压力传感器和超声波传感器反馈信息，并通过无线模块传送信息，所述上位机界面显示单元内设有小波分析技术单元和数据融合单元，所述小波分析技术单元和数据融合单元用于处理数据并判断泄露位置，所述上位机界面显示单元用于显示小波分析技术单元和数据融合单元判断结果。

【技术特征摘要】
1.基于无线传感网络的飞艇气体泄漏检测系统，包括设于飞艇上的1×1㎡的网格传感器和上位机界面显示单元，其特征在于，所述网格传感器的节点上均设有温度传感器、压力传感器和超声波传感器，所述飞艇上设有无线模块，所述无线模块用于使得各个单元可以自组网退网，形成自组织网络，进一步形成无线异构网络，实现各个单元模块的远程监测，所述飞艇上设有32位微控制器，且32位控制器用于接收发送温度传感器、压力传感器和超声波传感器反馈信息，并通过无线模块传送信息，所述上位机界面显示单元内设有小波分析技术单元和数据融合单元，所述小波分析技术单元和数据融合单元用于处理数据并判断泄露位置，所述上位机界面显示单元用于显示小波分析技术单元和数据融合单元判断结果。2.根据权利要求1所述的基于无线传感网络的飞艇气体泄漏检测系统，其特征在于，所述温度传感器、压力传感器和超声波传...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立国，贾鹏飞，姜涛，李新宇，许志强，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13