基于无线传感器网络的远距离古建筑火灾监控预警系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于无线传感器网络的远距离古建筑火灾监控预警系统，包括传感器节点、网关节点、基站、远程终端、自供电系统、报警器。所述传感器节点包括传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块。所述网关节点包括中央处理单元、存储单元、射频收发模块、GPRS通信模块和数据采集模块。所述基站包括汇聚节点和一台可以连入Internet的计算机，两者通过USB接口和仿真器相连接。所述远程终端是可以连入Internet的设备。所述自供电系统包括太阳能电池板、控制器和蓄电池。本发明专利技术所述的系统结构简单、安装方便、能耗小、运行成本低，可以有效地对古建筑的温度、湿度和烟雾浓度进行远距离的实时监控，对火灾灾害作出及时有效的监控和预警。

【技术实现步骤摘要】
基于无线传感器网络的远距离古建筑火灾监控预警系统
本专利技术涉及无线传感器网络和古建筑保护
，尤其是基于无线传感器网络的远距离古建筑火灾监控预警系统。
技术介绍
中国古代建筑在世界建筑中自成体系，形成了固有的艺术风格与构造特征。而且，世界上没有哪一个民族的建筑文化像中国这样，在近现代西洋建筑东渐之前，如此漫长地热衷于土木结构及其群体组合。我国古建筑以木结构体系为主。木结构体系的优点很多：如维护结构与支撑结构相分离、抗震性能较高、取材方便、施工速度快等等；同时木结构也有很多缺点：易遭受火灾、白蚁侵蚀、雨水腐蚀等等。据统计，对木结构古建筑破坏性最大的就是火灾，火灾一旦发生，如若没有及时发现，往往会造成古建筑彻底毁坏，甚至有人员伤亡。类似的例子如全国重点文物保护单位—陕西省西安市碑林大成殿遭受雷击起火被毁，殿内263件文物也被烧毁。青岛市的崂山白云洞庙、安徽省的九华山十王殿、河北省的承德市普佑寺等，都曾经因为发生火灾而造成重大损失。我国有大量的古建筑分布在比较偏远的地方，保护人员配置少，发生火灾时很难及时发现并作出有效处理。即便是在发达地区的古建筑，各种保护措施齐全，在火势较小时，也很难人为发现异常。由此可见，对古建筑环境作出更可靠、及时的监控，确保第一时间发现险情并作出及时有效的处理措施是十分必要的。传统的监控系统的传感器设备通过电缆来进行通信，而铺设电缆会耗费大量金钱和时间，不经济而且容易损坏。无线传感器网络是采用无线通信，可以很好的保证数据监控的实时性，再加上基站的应用，汇聚节点与可以接入Internet的电脑通过USB接口和仿真器连接，可以随时修改和发布控制指令，并将收集到的数据上传到可以接入Internet的电脑上至中心数据库，方便各种远程终端的查询和控制，会大大的拓长监控的距离，尤其是可以对一些偏远地区的古建筑做到统一监控，大大地节省了人力成本和经济成本，使资源利用最大化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于无线传感器网络的远距离古建筑火灾监控预警系统，能够将偏远地区的古建筑纳入统一监控平台，实现远距离监控古建筑内部的温度、湿度和烟雾浓度，如有异常立即预警，达到有效监控火灾、保护古建筑的目的。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种基于无线传感器网络的远距离古建筑火灾监控预警系统，包括传感器节点、网关节点、基站、远程终端、供电系统、预警系统；传感器节点包括传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块，处理器模块分别与传感器模块、无线通讯模块和能量供应模块相连；网关节点包括中央处理单元、存储单元、射频收发模块、GPRS通信模块和数据采集模块，网关节点通过无线通讯方式与传感器节点通讯，向传感器节点接收和发送数据；基站包括汇聚节点和一台可以连入Internet的计算机，两者通过USB接口和仿真器相连接。控制指令等的发布通过USB接口和仿真器从计算机传入汇聚节点，汇聚节点通过无线通讯方式与网关节点通讯，向网关节点接收数据和发送控制指令；远程终端，用来将最终融合处理后的数据进行更新和显示；供电系统包括自供电系统和紧急供电装置，自供电系统用来对传感器节点、网关节点和汇聚节点进行常规供电，紧急供电装置用于突发状况的紧急供电，为传感器网络提供不间断电能；预警系统按照具体监测到的温度、湿度和烟雾浓度不同分为三个等级的预警，报警器也分别显示不同的颜色预警。所述自供电系统，包括太阳能电池板、控制器和蓄电池，该装置通过采集太阳能转换为电能对节点进行供电。所述紧急供电装置包括电池盒和两节五号电池。所述预警系统包括三个等级，分别是黄色预警、橙色预警和红色预警，如果监测到的温度高于阈值或湿度低于阈值，作出黄色预警；如果监测到的烟雾浓度超过阈值，作出橙色预警；如果监测到的温度、湿度和烟雾浓度都出现异常，作出红色预警。所述远程终端是可以连入Internet的设备，用户通过远程终端可以实时查看监测数据信息和发布控制指令到基站，并且可以设置预警阈值、下载数据，根据远程终端的不同，分为PC端和移动终端，PC端通过Labview等软件设计编写图形用户界面，移动终端是在Andriod系统下利用Java语言编写软件。所述传感器节点的重要组成部分是支持最新ZigBee协议—ZigBee2007的由TI公司生产的CC2530芯片，它集成单片机、ADC和无线通讯模块于一体，其中，所述单片机是一种增强型工业标准的8位8051微控制器内核，所述无线通信模块的内核符合IEEE802.115.4/ZigBee协议，支持CRC硬件校验。所述传感器模块包括温度传感器、湿度传感器和烟雾传感器。所述监控数据是温度、湿度和烟雾浓度。所述的无线传感器网络的拓扑结构为星型、树型或者网型结构。本专利技术实现了对古建筑内部温度、湿度和烟雾浓度的远距离监控，使对古建筑的火灾监控预警摆脱了空间的限制，应用范围更广；监控系统结构简单，安装方便；与有线技术相比，无线传感器网络增加或更换节点相对表较容易，整个网络的拓展性强，也易于维护；节点部署在需要监控的古建筑区域即可，而且节点可自组织形成网络，安装成本低、周期短；传感器节点只有在采集数据和传送数据时才会被唤醒，其余时间都处于休眠状态，能耗小，运行成本低；系统预警分为黄色、橙色、红色三级预警，方便工作人员对于不同异常情况作出相对应的具有针对性的处理；电源供应模块采用自供电形式，无枯竭危险，太阳能发电干净无公害，不受资源分布地域的限制，可在用电处就近发电，能源质量高。附图说明图1是本专利技术的结构图；A传感器节点；B网关节点；C监控区域；D基站；E远程终端；图2是本专利技术的传感器节点结构图；图3是本专利技术的网关节点结构图；图4是本专利技术的网络拓扑结构图；A星型结构；B网型结构；C树形结构；协调器○路由器或终端节点；图5是本专利技术的电源管理流程图；图6是本专利技术的自供电式能量供应模块结构图；图7是本专利技术的监控预警流程图。具体实施方式如图1所示，一种基于无线传感器网络的远距离古建筑火灾监控预警系统，包括传感器节点、网关节点、基站、远程终端。分布在古建筑各个区域监控温度、湿度和烟雾浓度的传感器节点和网关节点可以自组织形成网络。如图2所示，传感器节点包括传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块。如图3所示，网关节点包括中央处理单元、存储单元、射频收发模块、GPRS通信模块和数据采集模块。基站包括可以完成数据汇集的节点和一台可以连入Internet的计算机，两者通过USB接口和仿真器相连接。远程终端是可以连入Internet的设备，如智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机等。如图4所示，无线传感器网络的拓扑结构为星型、树型或者网型结构。星型结构的无线传感器网络由专用中心服务节点来负责处理整个网络的数据传输和运行；树型结构的无线传感器网络具有一定的容错能力，一般一个分支和节点的故障不影响另一分支和节点的工作，是广播式网络；网状结构的无线传感器网络可以实现网络各传感器节点之间点对点的传输。具体采用哪种方式的拓扑结构，视具体情况而定，也可以采用多种并用的混合型结构。如果古建筑内部面积不大，则可以采用星型结构，这时的网关节点和传感器节点在一跳的范围内就可以完成数据传输。否则可以考虑树形结构或者网型结构，此时的部分传感器节点会同时承担路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无线传感器网络的远距离古建筑火灾监控预警系统，其特征在于：包括传感器节点、网关节点、基站、远程终端、供电系统、预警系统；传感器节点包括传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块，处理器模块分别与传感器模块、无线通讯模块和能量供应模块相连；网关节点包括中央处理单元、存储单元、射频收发模块、GPRS通信模块和数据采集模块，网关节点通过无线通讯方式与传感器节点通讯，向传感器节点接收和发送数据；基站包括汇聚节点和一台可以连入Internet的计算机，两者通过USB接口和仿真器相连接，控制指令等的发布通过USB接口和仿真器从计算机传入汇聚节点，汇聚节点通过无线通讯方式与网关节点通讯，向网关节点接收数据和发送控制指令；远程终端，用来将最终融合处理后的数据进行更新和显示；供电系统包括自供电系统和紧急供电装置，自供电系统用来对传感器节点、网关节点和汇聚节点进行常规供电，紧急供电装置用于突发状况的紧急供电，为传感器网络提供不间断电能；预警系统按照具体监测到的温度、湿度和烟雾浓度不同分为三个等级的预警，报警器也分别显示不同的颜色预警。

【技术特征摘要】
1.一种基于无线传感器网络的远距离古建筑火灾监控预警系统，其特征在于：包括传感器节点、网关节点、基站、远程终端、供电系统、预警系统；传感器节点包括传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块，处理器模块分别与传感器模块、无线通讯模块和能量供应模块相连；网关节点包括中央处理单元、存储单元、射频收发模块、GPRS通信模块和数据采集模块，网关节点通过无线通讯方式与传感器节点通讯，向传感器节点接收和发送数据；基站包括汇聚节点和一台可以连入Internet的计算机，两者通过USB接口和仿真器相连接，控制指令等的发布通过USB接口和仿真器从计算机传入汇聚节点，汇聚节点通过无线通讯方式与网关节点通讯，向网关节点接收数据和发送控制指令；远程终端，用来将最终融合处理后的数据进行更新和显示；供电系统包括自供电系统和紧急供电装置，自供电系统用来对传感器节点、网关节点和汇聚节点进行常规供电，紧急供电装置用于突发状况的紧急供电，为传感器网络提供不间断电能；预警系统按照具体监测到的温度、湿度和烟雾浓度不同分为三个等级的预警，报警器也分别显示不同的颜色预警。2.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的远距离古建筑火灾监控预警系统，其特征在于：所述自供电系统，包括太阳能电池板、控制器和蓄电池，该装置通过采集太阳能转换为电能对节点进行供电。3.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的远距离古建筑火灾监控预警系统，其特征在于：所述紧急供电装置包括电池盒和两节五号电池。4.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的远距离古建筑火灾监控预警系统，其特征在于：所述预警系统包括三个等级，分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：林启敬，张福政，蒋维乐，吴昊，蒋庄德，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61