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1、(10)申请公布号 CN 104316105 A (43)申请公布日 2015.01.28 CN 104316105 A (21)申请号 201410542410.9 (22)申请日 2014.10.14 G01D 21/02(2006.01) H04W 84/18(2009.01) (71)申请人 苏州德鲁森自动化系统有限公司 地址 215000 江苏省苏州市吴中区长桥街道 双银星座商务广场 1 幢 1110 室 (72)发明人 徐花 张静雅 肖亚韪 (74)专利代理机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 代理人 许方 (54) 发明名称 一种隧道环境监测系统 (57) 摘要 本发。
2、明公开了一种隧道环境监测系统， 包含 汇聚中心、 后台控制中心和由多个传感器节点组 成的多个无线传感器网络， 所述传感器节点包含 处理器模块以及与其连接的传感器模块、 视频监 控模块、 声光报警模块、 串口通讯模块、 数据存储 模块和用于提供传感器节点所需电能的电源模 块。 本发明低功耗、 低成本、 高可靠性， 利于构建隧 道环境监测系统， 能大大降低整个系统的成本， 提 高系统的灵活性和智能化。传感器节点通过无线 通信方式形成多跳、 自组织的无线传感器网络， 该 自组网能力强， 可实时同步对隧道环境的监测参 数。 能够实时的检测隧道中的温度、 湿度、 光线、 有 害气体的成分含量和积累， 实。
3、时掌握隧道内的环 境状况， 有效地保护人员的身体健康。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 104316105 A CN 104316105 A 1/1 页 2 1. 一种隧道环境监测系统， 包含汇聚中心、 后台控制中心和由多个传感器节点组成的 多个无线传感器网络， 其特征在于 ： 所述传感器节点包含处理器模块以及与其连接的传感 器模块、 视频监控模块、 声光报警模块、 串口通讯模块、 数据存储模块和用于提供传感器节 点所需电能的电源。
4、模块。 2. 根据权利要求 1 所述隧道环境监测系统， 其特征在于 ： 所述汇聚节点包含一数据分 析单元和一数据传输单元， 所述数据分析单元对传感器节点采集的数据按周期进行分析， 对于采集数据在正常范围内的节点， 通过数据传输单元控制相对应节点减少测量频率， 对 于采集的参数值超过正常范围， 则通过数据传输单元控制相对应节点增大测量频率。 3. 根据权利要求 1 所述隧道环境监测系统， 其特征在于 ： 所述传感器模块包含 CO 传感 器、 光照传感器和温湿度传感器。 4. 根据权利要求 1 所述隧道环境监测系统， 其特征在于 ： 所述声光报警模块为发光二 极管和喇叭。 5. 根据权利要求 1 。
5、或 2 所述隧道环境监测系统， 其特征在于 ： 所述处理器模块和数据 分析单元均为 AVR 单片机。 6. 根据权利要求 1 或 2 所述隧道环境监测系统， 其特征在于 ： 所述串口通讯模块和数 据传输单元均为 CC2530 无线传输。 权 利 要 求 书 CN 104316105 A 2 1/3 页 3 一种隧道环境监测系统 技术领域 0001 本发明涉及一种环境监测系统， 尤其设计一种隧道环境监测系统， 属于环境监测 领域。 背景技术 0002 隧道内的环境对行车安全及旅客、 养护作业人员的健康会带来一些特殊问题， 主 要是因为隧道中的温度、 湿度、 光线、 有害气体的成分量和积累。大多数。
6、隧道都是四周封闭 的通道， 无护栏。无自然光线， 隧道中的照明基本上只能由照明设备提供。当人员白天进入 隧道后， 由于隧道内外光线强弱差别大， 人眼不能马上适应， 会出现进洞时的黑洞效应和出 洞时的眩光效应， 湿度和有害气体也会对人员身体健康造成伤害。 0003 网络技术逐步成熟的背景下， 传统的隧道环境监测系统存在设备管理不完善、 不 易维护等问题， 并且已有系统多是处理单个命令的直接控制， 对于负责批命令控制的研究 还有待深入。无线传感网是物联网技术的重要基础， 解决了互联的问题， 由具有感知、 处理 和无线通信能力的大量传感器节点形成一个多跳的自组织网络系统， 完成既定的任务。目 前隧道。
7、环境监测系统大多利用以太网络进行数据的有线传输， 存在着成本高、 综合布线复 杂、 通信电缆选择等实际工程问题， 限制了随到环境监测系统的发展前景。 0004 例如申请号为 “201220722727.7 ” 的一种隧道施工安全预警管理系统， 该实用新 型公开了一种隧道施工安全预警管理系统， 包括通过线性调频连续波测量隧道围岩的微小 位移信息的围岩形变量测雷达终端、 施工人员及施工设备实时位置监测系统和用于实时监 测隧道内的气体、 水位信息的环境监测终端。该实用新型能够同时对隧道围岩形变、 隧道 内施工人员或施工设备和隧道内施工环境进行实时监测与预警， 能够减小安全事故发生几 率， 避免出现人。
8、员伤亡， 消除安全隐患， 同时能够对现场施工人员、 设备进行更加合理的调 度管理以及安全监控管理。 该实用新型隧道环境监测系统存在着成本高、 综合布线复杂、 通 信电缆选择等实际工程问题， 限制了随到环境监测系统的发展前景。 0005 又如申请号为 “201210519187.7” 的一种隧道环境远程监测预警系统及方法， 该系 统包括无线传感网络、 嵌入式网关、 网络控制系统和隧道环境监测中心， 其中无线传感网络 包括位于待测点的无线传感网数据采集节点， 所述无线传感网数据采集节点包括路由器节 点和终端节点， 所述无线传感网数据采集节点通过协调器节点接入嵌入式网关， 嵌入式网 关与 3G 通讯。
9、模块通过 RS232 数据通讯将数据发至公网， 嵌入式网络控制系统通过 3G 通讯 模块获取公网环境数据信息连接到隧道远程检测中心， 其中嵌入式网关连接的 3G 通讯模 块与嵌入式网络控制系统中的 3G 通讯模块进行点对点通讯。相应的还公开了一种基于无 线传感网络的隧道环境监测方法。该发明可用于隧道以及公路隧道环境的实时监测预警， 且能够对隧道环境的变化作出及时的应对措施。 该发明虽然实现了随到环境的无线监测与 传输， 但是功耗高， 成本较高， 检测数据存在误差， 且缺少相应的节点控制， 使大多数节点处 于无用功状态， 在节能优化上面仍存在很大的进步空间。 说 明 书 CN 104316105。
10、 A 3 2/3 页 4 发明内容 0006 本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种低功耗、 低成本、 高可靠性， 基于无线传感器网络的随到环境监测系统。 0007 本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案 一种隧道环境监测系统， 包含汇聚中心、 后台控制中心和由多个传感器节点组成的多 个无线传感器网络， 所述传感器节点包含处理器模块以及与其连接的传感器模块、 视频监 控模块、 声光报警模块、 串口通讯模块、 数据存储模块和用于提供传感器节点所需电能的电 源模块。 0008 优选的， 所述汇聚节点包含一数据分析单元和一数据传输单元， 所述数据分析单 元对传感器节点采集的数据按周。
11、期进行分析， 对于采集数据在正常范围内的节点， 通过数 据传输单元控制相对应节点减少测量频率， 对于采集的参数值超过正常范围， 则通过数据 传输单元控制相对应节点增大测量频率。 0009 优选的， 所述传感器模块包含 CO 传感器、 光照传感器和温湿度传感器。 0010 优选的， 所述声光报警模块为发光二极管和喇叭。 0011 优选的， 所述处理器模块和数据分析单元均为 AVR 单片机。 0012 优选的， 所述串口通讯模块和数据传输单元均为 CC2530 无线传输。 0013 本发明采用以上技术方案与现有技术相比， 具有以下技术效果 ： 1、 低功耗、 低成本、 高可靠性， 利于构建隧道环境。
12、监测系统， 能大大降低整个系统的成 本， 提高系统的灵活性和智能化。 0014 2、 传感器节点通过无线通信方式形成多跳、 自组织的无线传感器网络， 该自组网 能力强， 可实时同步对隧道环境的监测参数。 0015 3、 能够实时的检测隧道中的温度、 湿度、 光线、 有害气体的成分含量和积累， 实时 掌握隧道内的环境状况， 有效地保护人员的身体健康。 附图说明 0016 图 1 是本发明的传感器节点结构原理图 ； 图 2 是本发明的系统结构图。 具体实施方式 0017 下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明 ： 具体实施方式如下 ： 本发明涉及一种环境监测系统， 尤其设计一种隧道环境监。
13、测系 统， 如图 2 所示， 该系统包含汇聚中心、 后台控制中心和由多个传感器节点组成的多个无线 传感器网络， 如图 1 所示， 所述传感器节点包含处理器模块以及与其连接的传感器模块、 视 频监控模块、 声光报警模块、 串口通讯模块、 数据存储模块和用于提供传感器节点所需电能 的电源模块。 0018 如图 2 所示， 所述汇聚节点包含一数据分析单元和一数据传输单元， 所述数据分 析单元对传感器节点采集的数据按周期进行分析， 对于采集数据在正常范围内的节点， 通 过数据传输单元控制相对应节点减少测量频率， 对于采集的参数值超过正常范围， 则通过 数据传输单元控制相对应节点增大测量频率。 说 明 。
14、书 CN 104316105 A 4 3/3 页 5 0019 其中， 所述传感器模块包含 CO 传感器、 光照传感器和温湿度传感器， 所述声光报 警模块为发光二极管和喇叭， 所述处理器模块和数据分析单元均为 AVR 单片机， 所述串口 通讯模块和数据传输单元均为 CC2530 无线传输。 0020 本发明传感器节点采用 AVR32 处理器构建的隧道环境监测系统， 具有集成度高低 功耗、 低成本、 高可靠性， 利于构建隧道环境监测系统， 能大大降低整个系统的成本， 提高系 统的灵活性和智能化的优势 ； 整个系统可以采集隧道周围环境的温湿度、 CO 浓度、 光照和 视频信息， 经过数据分析处理，。
15、 当某个指标超过正常值， 声光报警就会发出警报， 并同时通 过无线传输模式上传至监控中心。 0021 该发明传感器节点通过无线通信方式形成多跳、 自组织的无线传感器网络， 该自 组网能力强， 可实时同步对隧道环境的监测参数。无线传感器网络是一个由几十到上百个 节点组成的、 采用无线通信方式、 动态组网的多跳的移动性对等网络。 其目的是通过动态路 由和移动管理技术传输具有服务质量要求的多媒体信息流。通常节点具有持续的能量供 给。 0022 无线传感器网络虽然与无线自组网有相似之处， 但同时也存在很大的差别。传感 器网络是集成了监测、 控制以及无线通信的网络系统， 节点数目更为庞大， 节点分布更为。
16、密 集 ； 由于环境影响和能量耗尽， 节点更容易出现故障 ； 环境干扰和节点故障易造成网络拓 扑结构的变化 ； 通常情况下， 大多数传感器节点是固定不动的。另外， 传感器节点具有的能 量、 处理能力、 存储能力和通信能力等都十分有限。 传统无线网络的首要设计目标是提供高 服务质量和高效带宽利用， 其次才考虑节约能源 ； 而传感器网络的首要设计目标是能源的 高效利用， 这也是传感器网络和传统网络最重要的区别之一。 0023 该发明还能够实时的检测隧道中的温度、 湿度、 光线、 有害气体的成分含量和积 累， 实时掌握隧道内的环境状况， 有效地保护人员的身体健康。 0024 显然， 本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例， 而并非是对 本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说， 在上述说明的基础上还可 以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些 属于本发明的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。 说 明 书 CN 104316105 A 5 1/1 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104316105 A 6 。