一種實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置及安全預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置及安全預(yù)警系統(tǒng)，包括：感知模塊檢測(cè)獲取感測(cè)信息；危險(xiǎn)識(shí)別模塊根據(jù)感測(cè)信息獲得周圍環(huán)境的安全信息并發(fā)至控制模塊；控制模塊用于：通過無線通信模塊自動(dòng)與預(yù)設(shè)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置建立無線連接組建感測(cè)網(wǎng)絡(luò)，和根據(jù)預(yù)設(shè)的選舉協(xié)議與相連接的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置確定領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)和成員節(jié)點(diǎn)；其中，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置作為成員節(jié)點(diǎn)，控制模塊還在安全等級(jí)為預(yù)設(shè)范圍時(shí)向領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送安全信息，或響應(yīng)自領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)接收的協(xié)作命令向領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送感測(cè)信息；或?qū)嶒?yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置作為領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)，控制模塊還將接收的安全信息轉(zhuǎn)發(fā)至服務(wù)器，和/或向所有成員節(jié)點(diǎn)發(fā)送協(xié)作命令。
【專利說明】
一種實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置及安全預(yù)警系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置及安全預(yù)警系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]化工實(shí)驗(yàn)室有著自身的鮮明特點(diǎn)，是科研院所和企業(yè)的重要的化學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，最近發(fā)生的實(shí)驗(yàn)室安全問題更是引發(fā)了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)和人工智能技術(shù)的日漸成熟，作為人們感知世界重要工具的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是無疑成為解決這一難題的利器之一。目前實(shí)驗(yàn)室危險(xiǎn)預(yù)警的難點(diǎn)在于危險(xiǎn)識(shí)別存在困難和傳統(tǒng)預(yù)警系統(tǒng)存在固有缺陷。但是，以自然計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)等為代表的智能算法的出現(xiàn)為節(jié)點(diǎn)識(shí)別危險(xiǎn)能力提供了可能。
[0003]傳統(tǒng)化工實(shí)驗(yàn)室危險(xiǎn)主要存在兩方面的缺陷，其一，傳統(tǒng)的預(yù)警系統(tǒng)往往是單節(jié)點(diǎn)的，只能從某一角度和某一方面片面地感知環(huán)境中的危險(xiǎn)，不能有效地結(jié)合多源傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)警。
[0004]其二，以往的危險(xiǎn)預(yù)警僅僅基于一些明顯的信息，如氣體冒煙、著火等，在無人狀態(tài)時(shí)可以起到發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)的作用，但不能發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)于未然。
[0005]此外，傳統(tǒng)的危險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)通常為有線的，需要綜合布線和改造實(shí)驗(yàn)室的裝修或者裝飾，除了影響美觀外，其便捷性和可用性也大大折扣。
[0006]還有一些解決方案理論性較強(qiáng)，但實(shí)用性較差，理想情況下有效，不能有效地在復(fù)雜、昂貴的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件下達(dá)到預(yù)警效果。傳統(tǒng)的預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)中感知節(jié)點(diǎn)僅僅關(guān)心正在發(fā)生的危險(xiǎn)，且功能有限，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理程度較低，即使發(fā)生事故也無法有效對(duì)事故原因進(jìn)行追查。復(fù)雜實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，傳統(tǒng)的措施往往會(huì)浪費(fèi)節(jié)點(diǎn)資源，同時(shí)產(chǎn)生無意義的能源消耗，而提高節(jié)點(diǎn)的可用性能和智能化程度才是解決問題之道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置及安全預(yù)警系統(tǒng)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明提供的一種實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置，包括:感知模塊、危險(xiǎn)識(shí)別模塊、控制模塊和無線通信模塊；
[0009]所述感知模塊用于:檢測(cè)獲取周圍環(huán)境的感測(cè)信息；
[0010]所述危險(xiǎn)識(shí)別模塊用于:根據(jù)所述感測(cè)信息獲得周圍環(huán)境的安全信息并發(fā)送至所述控制模塊，所述安全信息包括安全等級(jí)和所述感測(cè)信息；
[0011]所述控制模塊用于:
[0012]通過所述無線通信模塊自動(dòng)與預(yù)設(shè)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置建立無線連接組建感測(cè)網(wǎng)絡(luò)，和
[0013]根據(jù)預(yù)設(shè)的選舉協(xié)議與相連接的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置確定領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)和成員節(jié)點(diǎn)；
[0014]其中，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置作為成員節(jié)點(diǎn)，所述控制模塊還用于在所述安全等級(jí)為預(yù)設(shè)范圍時(shí)通過所述無線通信模塊向所述領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送所述安全信息，或響應(yīng)自領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)接收的協(xié)作命令通過所述無線通信模塊向領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送所述感測(cè)信息;或
[0015]實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置作為領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)，所述控制模塊還用于通過所述無線通信模塊將接收的所述安全信息轉(zhuǎn)發(fā)至服務(wù)器，和/或通過所述無線通信模塊向所有成員節(jié)點(diǎn)發(fā)送協(xié)作命令。
[0016]作為一種優(yōu)化方案，所述感知模塊包括視覺感知子模塊、聽覺感知子模塊和嗅覺感知子模塊；
[0017]所述視覺感知子模塊包括紅外探測(cè)器；
[0018]所述聽覺感知子模塊包括超聲波探測(cè)器，和/或次聲波探測(cè)器；
[0019]所述嗅覺感知子模塊包括氣敏傳感器。
[0020]作為一種優(yōu)化方案，還包括蘑菇形外殼;所述蘑菇形外殼的頂端弧面上設(shè)置有透光視窗，所述視覺感知子模塊通過所述透光視窗接收周圍環(huán)境的感知信息。
[0021]作為一種優(yōu)化方案，所述感知模塊、危險(xiǎn)識(shí)別模塊、控制模塊和無線通信模塊分別連接至一 IC總線上。
[0022]作為一種優(yōu)化方案，所述感知模塊還包括儀器信息獲取模塊;所述儀器信息獲取模塊與預(yù)設(shè)的儀器無線連接，獲取所連接的儀器的運(yùn)行狀態(tài)信息。
[0023]作為一種優(yōu)化方案，還包括存儲(chǔ)模塊，所述存儲(chǔ)模塊與所述控制模塊相連，用于存儲(chǔ)所述控制模塊獲得的所述安全信息。
[0024]作為一種優(yōu)化方案，所述存儲(chǔ)子模塊由至少一層耐高溫抗腐蝕的包裹。
[0025]作為一種優(yōu)化方案，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置作為成員節(jié)點(diǎn)時(shí)，所述控制模塊還用于根據(jù)自服務(wù)器接收的休眠命令或在預(yù)設(shè)時(shí)間段控制所述感知模塊、危險(xiǎn)識(shí)別模塊、無線通信模塊停止工作，自身進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。
[0026]作為一種優(yōu)化方案，所述安全等級(jí)以危險(xiǎn)程度逐漸提升依次包括:正常、預(yù)警、報(bào)馨.1=I ，
[0027]實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置作為領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)時(shí)，所述控制模塊還用于:
[0028]在接收的所述安全信息中的安全等級(jí)為預(yù)警時(shí)，通過所述無線通信模塊將接收的所述安全信息轉(zhuǎn)發(fā)至服務(wù)器，并通過所述無線通信模塊向所有成員節(jié)點(diǎn)發(fā)送協(xié)作命令；
[0029]在接收的所述安全信息中的安全等級(jí)為報(bào)警時(shí)，僅通過所述無線通信模塊將接收的所述安全信息轉(zhuǎn)發(fā)至服務(wù)器。
[0030]基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種安全預(yù)警系統(tǒng)，包括服務(wù)器和若干個(gè)所述的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置。
[0031]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0032]在化工實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，該節(jié)點(diǎn)可以以協(xié)作的方式、有效地、實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)和識(shí)別環(huán)境中存在的危險(xiǎn)，并及時(shí)發(fā)出預(yù)警通知，能有效保證化工科研人員的人身安全，同時(shí)也能為保護(hù)試驗(yàn)設(shè)備爭(zhēng)取到寶貴時(shí)間。本發(fā)明中能源消耗集中在領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)上，只需要增加領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)的充電次數(shù)，而成員節(jié)點(diǎn)保持較低的耗能狀態(tài)，合理的能耗分配能夠節(jié)約能源的同時(shí)充分利用節(jié)點(diǎn)資源。
【附圖說明】
[0033]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單的介紹，顯而易見，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。附圖中:
[0034]圖1是可選的一種實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置示意圖；
[0035]圖2是可選的一種實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置俯視圖；
[0036]圖3是可選的一種實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置半剖面結(jié)構(gòu)圖；
[0037]圖4是可選的一種實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置第二層電路板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖5是可選的一種實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置第三層電路板結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下文結(jié)合附圖以具體實(shí)施例的方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，還可以使用其他的實(shí)施例，或者對(duì)本文列舉的實(shí)施例進(jìn)行結(jié)構(gòu)和功能上的修改，而不會(huì)脫離本發(fā)明的范圍和實(shí)質(zhì)。
[0040]針對(duì)化工實(shí)驗(yàn)室特定環(huán)境條件下的危險(xiǎn)預(yù)警問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置和預(yù)警系統(tǒng)，該類傳感器節(jié)點(diǎn)可互相協(xié)作，便捷、智能地實(shí)現(xiàn)化工實(shí)驗(yàn)室危險(xiǎn)發(fā)現(xiàn)，其創(chuàng)新性主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面:(I)無需進(jìn)行有線安裝，可根據(jù)需求方便地進(jìn)行部署；(2)分布式感知功能，體現(xiàn)在多個(gè)節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)綜合與合作感知機(jī)制；(3)節(jié)點(diǎn)之間無線通信射頻功率自適應(yīng)連接組網(wǎng)；(4)基于多源數(shù)據(jù)(視覺、聽覺、嗅覺)的潛在危險(xiǎn)發(fā)現(xiàn)方法(預(yù)警機(jī)制)。
[0041]在本發(fā)明提供的一種實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置的實(shí)施例中，如圖1所示，包括:感知模塊、危險(xiǎn)識(shí)別模塊、控制模塊和無線通信模塊；
[0042]所述感知模塊用于:檢測(cè)獲取周圍環(huán)境的感測(cè)信息；
[0043]所述危險(xiǎn)識(shí)別模塊用于:根據(jù)所述感測(cè)信息獲得周圍環(huán)境的安全信息并發(fā)送至所述控制模塊，所述安全信息包括安全等級(jí)和所述感測(cè)信息；
[0044]所述控制模塊用于:
[0045]通過所述無線通信模塊自動(dòng)與預(yù)設(shè)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置建立無線連接組建感測(cè)網(wǎng)絡(luò)，和
[0046]根據(jù)預(yù)設(shè)的選舉協(xié)議與相連接的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置確定領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)和成員節(jié)點(diǎn)；
[0047]其中，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置作為成員節(jié)點(diǎn)，所述控制模塊還用于在所述安全等級(jí)為預(yù)設(shè)范圍時(shí)通過所述無線通信模塊向所述領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送所述安全信息，或響應(yīng)自領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)接收的協(xié)作命令通過所述無線通信模塊向領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送所述感測(cè)信息;或
[0048]實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置作為領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)，所述控制模塊還用于通過所述無線通信模塊將接收的所述安全信息轉(zhuǎn)發(fā)至服務(wù)器，和/或通過所述無線通信模塊向所有成員節(jié)點(diǎn)發(fā)送協(xié)作命令。
[0049]本發(fā)明中成為領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置耗能較大，相比于成員節(jié)點(diǎn)，領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)需要進(jìn)行安全信息的收集和轉(zhuǎn)發(fā)。成員節(jié)點(diǎn)正常工作狀態(tài)下僅需要負(fù)責(zé)接收自身負(fù)責(zé)區(qū)域內(nèi)的感知信息，并進(jìn)行該區(qū)域內(nèi)安全等級(jí)的判斷，在沒有發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)時(shí)都不需要與領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)，僅需要保持連接即可，只有在發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)或接收到協(xié)作命令時(shí)才需要向領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)。由此，大部分的成員節(jié)點(diǎn)在保證及時(shí)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)的同時(shí)還能夠避免現(xiàn)有技術(shù)中實(shí)時(shí)信息傳輸產(chǎn)生的能量消耗。本發(fā)明中能源消耗集中在領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)上，只需要增加領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)的充電次數(shù)，而成員節(jié)點(diǎn)保持較低的耗能狀態(tài)，合理的能耗分配能夠節(jié)約能源的同時(shí)充分利用節(jié)點(diǎn)資源。
[0050]服務(wù)器接收到所述安全信息后，工作人員可以在總控室中及時(shí)地獲悉實(shí)驗(yàn)室的情況，通知相關(guān)人員進(jìn)行故障的排除。
[0051 ]所述選舉協(xié)議可以是比較常用的LEACH協(xié)議。LEACH協(xié)議全稱是“低功耗自適應(yīng)集簇分層型協(xié)議”(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy)，是一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議?；贚EACH協(xié)議的算法，稱為L(zhǎng)EACH算法。
[0052]作為一種實(shí)施例，所述感知模塊包括視覺感知子模塊、聽覺感知子模塊和嗅覺感知子模塊；
[0053]所述視覺感知子模塊包括紅外探測(cè)器，還例如紅外跟蹤傳感器、光敏傳感器等，從而獲取紅外信息，比如儀器的發(fā)熱狀態(tài)、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中某個(gè)熱源體的發(fā)熱情況、人員的活動(dòng)情況；
[0054]所述聽覺感知子模塊包括超聲波探測(cè)器，和/或次聲波探測(cè)器，還例如聲壓傳感器、超聲波傳感器、噪聲傳感器等；
[0055]所述嗅覺感知子模塊包括氣敏傳感器，還例如二氧化硫傳感器、濕度傳感器、PM2.5傳感器等，可以進(jìn)行火情的煙氣探測(cè)。
[0056]感知模塊的危險(xiǎn)識(shí)別包含視覺、聽覺、嗅覺三方面。其中，視覺危險(xiǎn)識(shí)別由危險(xiǎn)識(shí)別模塊分析紅外(視覺)傳感器采集來的數(shù)據(jù)而產(chǎn)生識(shí)別結(jié)果，監(jiān)測(cè)到人體紅外特征以外的危險(xiǎn)特征時(shí)與本地危險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比成功則提醒相應(yīng)危險(xiǎn)名稱。
[0057]嗅覺危險(xiǎn)識(shí)別由危險(xiǎn)識(shí)別模塊識(shí)別氣敏傳感器采集的氣體特征而得出識(shí)別結(jié)果，當(dāng)危險(xiǎn)氣體濃度大于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)濃度時(shí)識(shí)別為危險(xiǎn)到來。
[0058]聽覺危險(xiǎn)識(shí)別由危險(xiǎn)識(shí)別模塊識(shí)別聲學(xué)傳感器采集的聲學(xué)特征而得出識(shí)別結(jié)果，當(dāng)檢測(cè)出次實(shí)驗(yàn)設(shè)備周邊次聲波和超聲波異常時(shí)發(fā)出危險(xiǎn)預(yù)警。
[0059]作為一種實(shí)施例，還包括蘑菇形外殼;所述蘑菇形外殼的頂端弧面上設(shè)置有透光視窗，所述視覺感知子模塊通過所述透光視窗接收周圍環(huán)境的感知信息。蘑菇形外殼頂端呈扁平橢球狀，有著較大的空氣接觸表面積，能夠?yàn)楣?jié)點(diǎn)內(nèi)的傳感器感知周邊環(huán)境變化提供結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，也便于感知模塊中氣敏傳感器的擴(kuò)展性部署。蘑菇形外殼由導(dǎo)熱高分子材料構(gòu)成，蘑菇形外殼的底部還裝有一層具有防滑固定作用的磨砂玻璃膜，可方便吸附在平整物體表面(如墻體)。
[0060]作為一種實(shí)施例，所述感知模塊、危險(xiǎn)識(shí)別模塊、控制模塊和無線通信模塊分別連接至一 IC總線上。感知模塊、危險(xiǎn)識(shí)別模塊、控制模塊和無線通信模塊通過所述IC總線(Inter Integrated Circuit Bus)進(jìn)行通信。
[0061]作為一種實(shí)施例，所述感知模塊還包括儀器信息獲取模塊;所述儀器信息獲取模塊與預(yù)設(shè)的儀器無線連接，獲取所連接的儀器的運(yùn)行狀態(tài)信息。部分儀器自帶故障判斷機(jī)制，能夠自我識(shí)別故障和異常情況，并將這種異常的運(yùn)行狀態(tài)信息發(fā)送至感知模塊的所述儀器信息獲取模塊。通過這類儀器自身判別的異常的運(yùn)行狀態(tài)信息，能夠使得實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置對(duì)周圍環(huán)境的危險(xiǎn)識(shí)別更加準(zhǔn)確。
[0062]作為一種實(shí)施例，還包括存儲(chǔ)模塊，所述存儲(chǔ)模塊與所述控制模塊相連，用于存儲(chǔ)所述控制模塊獲得的所述安全信息。存儲(chǔ)模塊中所保存的安全信息為歷史記錄，為相關(guān)人員查找危險(xiǎn)原因、危險(xiǎn)預(yù)測(cè)提供了極大的助力。
[0063]作為一種實(shí)施例，所述存儲(chǔ)子模塊由至少一層耐高溫抗腐蝕的包裹。
[0064]作為一種實(shí)施例，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置作為成員節(jié)點(diǎn)時(shí)，所述控制模塊還用于根據(jù)自服務(wù)器接收的休眠命令或在預(yù)設(shè)時(shí)間段控制所述感知模塊、危險(xiǎn)識(shí)別模塊、無線通信模塊停止工作，自身進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。
[0065]作為一種實(shí)施例，所述安全等級(jí)以危險(xiǎn)程度逐漸提升依次包括:正常、預(yù)警、報(bào)警；
[0066]實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置作為領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)時(shí)，所述控制模塊還用于:
[0067]在接收的所述安全信息中的安全等級(jí)為預(yù)警時(shí)，通過所述無線通信模塊將接收的所述安全信息轉(zhuǎn)發(fā)至服務(wù)器，并通過所述無線通信模塊向所有成員節(jié)點(diǎn)發(fā)送協(xié)作命令；
[0068]在接收的所述安全信息中的安全等級(jí)為報(bào)警時(shí)，僅通過所述無線通信模塊將接收的所述安全信息轉(zhuǎn)發(fā)至服務(wù)器。
[0069]基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種安全預(yù)警系統(tǒng)，包括服務(wù)器和若干個(gè)所述的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置。若干所述實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置組成一感測(cè)網(wǎng)絡(luò)，并選舉確定領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)和成員節(jié)點(diǎn)，成員節(jié)點(diǎn)在發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)的狀態(tài)下，即安全等級(jí)為預(yù)警和報(bào)警，向領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)主動(dòng)發(fā)送安全信息。領(lǐng)帶節(jié)點(diǎn)在判斷安全等級(jí)為預(yù)警時(shí)，還需要向該感測(cè)網(wǎng)絡(luò)中的其他成員節(jié)點(diǎn)發(fā)送協(xié)作命令，成員節(jié)點(diǎn)響應(yīng)所述協(xié)作命令向領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送安全信息。所述安全信息中包含了預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)的近期感知信息。領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)在接收到安全信息之后都需要向服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)。服務(wù)器將這些安全信息呈現(xiàn)給相關(guān)工作人員，便于協(xié)助其排除危險(xiǎn)和故障。
[0070]以下為另一種可選的實(shí)施例。
[0071]請(qǐng)參考圖1-圖5，本實(shí)施方式提供一種用于化工實(shí)驗(yàn)室危險(xiǎn)預(yù)警的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置，包括無線通信模塊、感知模塊、電源管理模塊、控制模塊、危險(xiǎn)識(shí)別模塊、通線孔7和外殼17。
[0072]圖1展示了本發(fā)明實(shí)施例提供的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置的側(cè)視圖，從外觀來看，該實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置的外殼整體呈蘑菇形狀，頂部突出的棒狀部分為無線通信模塊的射頻天線(也即圖2和圖3中標(biāo)注的天線I);頂部突起橢圓形部分為透光材料2，其下面是無線通信模塊和感知模塊的視覺傳感器子模塊;蘑菇頭上面的網(wǎng)狀洞為通風(fēng)孔5。
[0073]傳感器節(jié)點(diǎn)Node中電路板的結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理。內(nèi)部共四層結(jié)構(gòu):
[0074]第一層電路板4為單面PCB(Printed Circuit Board)印刷電路板，上面布局有無線通信模塊的控制電路和感知模塊的視覺傳感器子模塊。
[0075]第二層電路板6為單面PCB電路板，包括感知模塊的嗅覺感知子模塊10、聽覺傳感器子模塊11和感知模塊控制電路12，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。感知模塊控制電路12用于控制感知信息的傳輸。
[0076]第三層電路板8主要布局有控制模塊13和危險(xiǎn)識(shí)別模塊14，其結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。
[0077]第四層電路板9為電源模塊。
[0078]蘑菇形外殼17由隔熱鋼化材料構(gòu)成，抗熱損傷、抗機(jī)械損傷。蘑菇形外殼17的頭部四周分布有三個(gè)通風(fēng)孔3和一個(gè)通聲孔5，分別為節(jié)點(diǎn)感知實(shí)驗(yàn)室環(huán)境提供便利。
[0079]所述無線通信模塊由射頻天線I和天線電路組成，采用自適應(yīng)功率控制方法。成員節(jié)點(diǎn)的無線通信模塊的工作狀態(tài)包括兩種:正常工作態(tài)和休眠態(tài)。成員節(jié)點(diǎn)的通信模塊的正常工作狀態(tài)對(duì)應(yīng)于節(jié)點(diǎn)的正常態(tài)、警戒態(tài)和危險(xiǎn)態(tài)，休眠態(tài)對(duì)應(yīng)待機(jī)狀態(tài)。
[0080]所述控制模塊13包括微處理器及其外圍模塊控制電路，主要承擔(dān)計(jì)算和請(qǐng)求處理任務(wù)，模塊間的數(shù)據(jù)傳輸一般也要經(jīng)由控制模塊13。
[0081]感知模塊由視覺傳感器子模塊U、聽覺傳感器子模塊、嗅覺傳感器子模塊10及感知模塊控制電路12組成，其中嗅覺傳感器子模塊靠近通風(fēng)孔，聽覺傳感器子模塊靠近通聲孔，分別來感知實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中的不同變量變化，形成對(duì)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的全息立體感知。
[0082]如圖5所示，由感知模塊收集來的感知信息被存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)子模塊16中，基于事先設(shè)定的模式識(shí)別(機(jī)器學(xué)習(xí))算法來對(duì)當(dāng)前的危險(xiǎn)狀況作出判斷，其中的識(shí)別算法可是從服務(wù)器獲取的算法并更新。
[0083]數(shù)據(jù)存儲(chǔ)子模塊16外包裹有一層耐高溫、絕熱、抗腐蝕保護(hù)材料，在實(shí)驗(yàn)室遭遇突發(fā)性危險(xiǎn)時(shí)可以起到保護(hù)數(shù)據(jù)的作用，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)室事故原因追查提供可靠證據(jù)。
[0084]電源模塊包括5V鋰電池陣列及其充放電控制電路，其控制電路包含220V直充電路。
[0085]蘑菇形節(jié)點(diǎn)柱狀蘑菇體最下面裝有固定防滑材料，可方便吸附在平整物體表面(如墻體)。
[0086]本實(shí)施例中領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)向所有成員節(jié)點(diǎn)發(fā)送協(xié)作命令，收集多個(gè)節(jié)點(diǎn)的感知信息從而對(duì)某事件進(jìn)行跟蹤警戒，從其他節(jié)點(diǎn)獲取的感知信息形成全息監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。
[0087]化工實(shí)驗(yàn)室中實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置的常見工作流程包括部署激活、初始化、正常監(jiān)測(cè)、危險(xiǎn)預(yù)警等環(huán)節(jié)。參考附圖1、附圖3，本實(shí)施例的工作流程可描述如下:
[0088](I)部署激活，將節(jié)點(diǎn)部署在事先選定的優(yōu)選位置，接通節(jié)點(diǎn)內(nèi)部電源后自發(fā)啟動(dòng)控制模塊和無線通信模塊，向周邊節(jié)點(diǎn)發(fā)出廣播(主動(dòng)尋找周邊其他節(jié)點(diǎn))，維護(hù)一個(gè)預(yù)設(shè)好的本地鄰居路由表，接收到預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)信息后存儲(chǔ)并建立連接，與其他節(jié)點(diǎn)形成ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)，等待網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定(無新節(jié)點(diǎn)加入時(shí))。
[0089](2)初始化，當(dāng)無其他節(jié)點(diǎn)加入時(shí)，檢查各模塊完整性并進(jìn)行軟件更新，選舉領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)。
[0090](3)正常監(jiān)測(cè)，感知模塊開始正常采集數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)化工實(shí)驗(yàn)室環(huán)境變量，危險(xiǎn)識(shí)別模塊將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)特征與本地危險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)分析。
[0091](4)危險(xiǎn)預(yù)警，當(dāng)發(fā)現(xiàn)安全等級(jí)上升至預(yù)警時(shí)，上報(bào)安全信息到領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)，領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)將預(yù)警等級(jí)的安全信息上報(bào)至電腦終端。而成員節(jié)點(diǎn)一旦發(fā)現(xiàn)報(bào)警等級(jí)的安全信息，領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)則立刻上報(bào)電腦終端，電腦終端發(fā)出報(bào)警，請(qǐng)求管理人員主動(dòng)采取安全措施。
[0092](5)當(dāng)電源模塊中的鋰電池陣列電量低于20%時(shí)發(fā)出充電通知，請(qǐng)求及時(shí)充電；充電完成時(shí)，發(fā)出電量充足通知，請(qǐng)求停止充電。
[0093]上述危險(xiǎn)預(yù)警傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境變化有著全息感知能力，用來實(shí)時(shí)指導(dǎo)節(jié)點(diǎn)的行為，平時(shí)只需在危險(xiǎn)識(shí)別模塊中實(shí)時(shí)更新一些智能算法(機(jī)器學(xué)習(xí)算法)就能實(shí)時(shí)提高節(jié)電發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)的能力，環(huán)境的變更不對(duì)節(jié)點(diǎn)感知能力產(chǎn)生影響。使用者可以在電腦端將利用歷史數(shù)據(jù)(如晚上12點(diǎn)鐘電腦端利用近期歷史數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型，早上節(jié)點(diǎn)有監(jiān)測(cè)任務(wù)到達(dá)之前及時(shí)更新模型)訓(xùn)練出來的新模型定期更新到節(jié)點(diǎn)，以減少節(jié)點(diǎn)模型訓(xùn)練帶來的能量消耗，這樣以來利用化工實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境數(shù)據(jù)來訓(xùn)練節(jié)點(diǎn)的識(shí)別能力，隨著部署時(shí)間的增長(zhǎng)其預(yù)警能力穩(wěn)步增長(zhǎng)。
[0094]進(jìn)一步地，在其他實(shí)施例中，本發(fā)明經(jīng)過微小變更可以用于更寬泛的場(chǎng)景中。例如，通過對(duì)節(jié)點(diǎn)內(nèi)傳感器類型的變更，節(jié)點(diǎn)可以有更好適應(yīng)其他環(huán)境;通過對(duì)節(jié)點(diǎn)識(shí)別算法的提高(如采用深度學(xué)習(xí)算法)，節(jié)點(diǎn)可以具有更高的智能。例如，通過對(duì)節(jié)點(diǎn)頭尾密封性能的提高，將通風(fēng)孔、通聲孔變更為散熱材料，則該節(jié)點(diǎn)可以應(yīng)用在水下危險(xiǎn)環(huán)境監(jiān)測(cè)方面。例如，如果節(jié)點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力要求不高的話，可以用CC2540芯片等集成芯片來替代節(jié)點(diǎn)多個(gè)模塊。
[0095]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)這些特征和實(shí)施例進(jìn)行各種改變或等同替換。另外，在本發(fā)明的教導(dǎo)下，可以對(duì)這些特征和實(shí)施例進(jìn)行修改以適應(yīng)具體的情況及材料而不會(huì)脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此，本發(fā)明不受此處所公開的具體實(shí)施例的限制，所有落入本申請(qǐng)的權(quán)利要求范圍內(nèi)的實(shí)施例都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置，其特征在于，包括:感知模塊、危險(xiǎn)識(shí)別模塊、控制模塊和無線通信模塊； 所述感知模塊用于:檢測(cè)獲取周圍環(huán)境的感測(cè)信息； 所述危險(xiǎn)識(shí)別模塊用于:根據(jù)所述感測(cè)信息獲得周圍環(huán)境的安全信息并發(fā)送至所述控制模塊，所述安全信息包括安全等級(jí)和所述感測(cè)信息； 所述控制模塊用于: 通過所述無線通信模塊自動(dòng)與預(yù)設(shè)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置建立無線連接組建感測(cè)網(wǎng)絡(luò)，和 根據(jù)預(yù)設(shè)的選舉協(xié)議與相連接的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置確定領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)和成員節(jié)點(diǎn)； 其中，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置作為成員節(jié)點(diǎn)，所述控制模塊還用于在所述安全等級(jí)為預(yù)設(shè)范圍時(shí)通過所述無線通信模塊向所述領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送所述安全信息，或響應(yīng)自領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)接收的協(xié)作命令通過所述無線通信模塊向領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送所述感測(cè)信息;或 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置作為領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)，所述控制模塊還用于通過所述無線通信模塊將接收的所述安全信息轉(zhuǎn)發(fā)至服務(wù)器，和/或通過所述無線通信模塊向所有成員節(jié)點(diǎn)發(fā)送協(xié)作命令。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置，其特征在于，所述感知模塊包括視覺感知子模塊、聽覺感知子模塊和嗅覺感知子模塊； 所述視覺感知子模塊包括紅外探測(cè)器； 所述聽覺感知子模塊包括超聲波探測(cè)器，和/或次聲波探測(cè)器； 所述嗅覺感知子模塊包括氣敏傳感器。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置，其特征在于，還包括蘑菇形外殼;所述蘑菇形外殼的頂端弧面上設(shè)置有透光視窗，所述視覺感知子模塊通過所述透光視窗接收周圍環(huán)境的感知信息。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置，其特征在于，所述感知模塊、危險(xiǎn)識(shí)別模塊、控制模塊和無線通信模塊分別連接至一 IC總線上。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置，其特征在于，所述感知模塊還包括儀器信息獲取模塊;所述儀器信息獲取模塊與預(yù)設(shè)的儀器無線連接，獲取所連接的儀器的運(yùn)行狀態(tài)信息。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置，其特征在于，還包括存儲(chǔ)模塊，所述存儲(chǔ)模塊與所述控制模塊相連，用于存儲(chǔ)所述控制模塊獲得的所述安全信息。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置，其特征在于，所述存儲(chǔ)子模塊由至少一層耐高溫抗腐蝕的包裹。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置，其特征在于，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置作為成員節(jié)點(diǎn)時(shí)，所述控制模塊還用于根據(jù)自服務(wù)器接收的休眠命令或在預(yù)設(shè)時(shí)間段控制所述感知模塊、危險(xiǎn)識(shí)別模塊、無線通信模塊停止工作，自身進(jìn)入待機(jī)狀??τ O9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置，其特征在于，所述安全等級(jí)以危險(xiǎn)程度逐漸提升依次包括:正常、預(yù)警、報(bào)警； 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置作為領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)時(shí)，所述控制模塊還用于: 在接收的所述安全信息中的安全等級(jí)為預(yù)警時(shí)，通過所述無線通信模塊將接收的所述安全信息轉(zhuǎn)發(fā)至服務(wù)器，并通過所述無線通信模塊向所有成員節(jié)點(diǎn)發(fā)送協(xié)作命令； 在接收的所述安全信息中的安全等級(jí)為報(bào)警時(shí)，僅通過所述無線通信模塊將接收的所述安全信息轉(zhuǎn)發(fā)至服務(wù)器。10.—種安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括服務(wù)器和若干個(gè)如權(quán)利要求1-9任一所述的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感裝置。
【文檔編號(hào)】G01D21/02GK106092191SQ201610393414
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月6日 公開號(hào)201610393414.4, CN 106092191 A, CN 106092191A, CN 201610393414, CN-A-106092191, CN106092191 A, CN106092191A, CN201610393414, CN201610393414.4
【發(fā)明人】劉云翔, 杜駉駿, 凡耀峰, 李曉丹, 杜杰, 鄭力, 劉天偉
【申請(qǐng)人】上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院