Беспроводная сенсорная сеть для мониторинга состава газовой среды
Беспроводная сенсорная сеть относится к системам контроля параметров газовой среды и предназначена для автоматического контроля концентрации взрыво-, пожаро- и токсично-опасных газов в атмосфере жилых помещений, внутри и на территории промышленных объектов, охраняемых территорий, а также в атмосфере горных выработок и предотвращения катастрофических последствий при достижении измеряемым компонентом установленных пороговых значений концентраций, а также выдачи как индивидуальной сигнализации, так и отправку предупреждающего уведомления ответственному лицу. Беспроводная сенсорная сеть содержит беспроводные газовые датчики, беспроводной координатор сети и беспроводные исполнительные устройства, при этом беспроводные газовые датчики имеют автономное питание, в состав сенсорной сети дополнительно включены беспроводные маршрутизаторы радиосигналов, а алгоритм проведения измерений, обработки, хранения и передачи данных в беспроводной сенсорной сети оптимизирован с целью автономной работы беспроводных газовых датчиков без замены элементов питания в течение их межкалибровочного (межповерочного) интервала. С целью энергосбережения в устройстве реализован периодический режим измерения концентрации газов и передачи данных на диспетчерский пульт. Техническим результатом является увеличение площади территорий, охваченных мониторингом, предотвращение катастрофических последствий чрезвычайных ситуаций и расширение арсенала технических средств газового мониторинга для случаев отсутствия в зоне мониторинга систем электроснабжения или кабельного телеизмерения или невозможности их использования.
Наиболее близким к описываемому устройству является система обеспечения безопасной эксплуатации зданий (Патент 
95422, МПК G08B 17/00, опубл. 27.06.2010), включающая соединенные беспроводной сетью расположенные на объектах контроля параметрические датчики, блоки предварительной обработки измерительных сигналов, выполненные с возможностью сохранения и сравнения получаемой информации с заранее внесенными в память пороговыми значениями, соединенные с автоматизированным рабочим местом (АРМ) диспетчера для передачи результата обработки сигнала, включающая дополнительно координатор беспроводной сети, выполненный в виде радиопередатчика, соединенный с параметрическими датчиками, и радиоуправляемые исполнительные устройства, при этом исполнительные устройства, параметрические датчики и координатор беспроводной сети содержат блоки предварительной обработки сигналов в виде микроконтроллеров и формируют самонастраивающуюся сенсорную сеть, которая через соединенный с координатором шлюз-маршрутизатор соединена с внешними сетями.
Достоинством данного устройства является возможность быстрого информирования соответствующих служб о возникновении внештатной ситуации и возможность предотвращения катастрофических последствий путем отдачи команд исполнительным устройствам.
Недостатками данного устройства является крайне ограниченное время автономной работы параметрических датчиков вследствие их постоянного поддержания беспроводной сенсорной сети (работа в режиме ожидания приема) и регулярного радиообмена с КС после каждого измерения. На настоящий момент не существует компактных батарей, способных поддерживать подобный режим работы сети хотя бы в течение одного месяца. В результате беспроводная сенсорная сеть может быть развернута только на временной основе. Использование же сетевого питания для питания параметрических датчиков ограничивает их область применения за счет уменьшения автономности в размещении.
Кроме того, устройство имеет недостатки в программно-схемотехническом алгоритме, в частности, передача текущей информации на АРМ от всех датчиков и исполнительных устройств требует кабельного канала связи, а отображение ее на АРМ, даже в обычном режиме (все измеряемые параметры в норме) делает восприятие поступающей информации крайне затруднительным, а в условиях мегаполисов просто не возможной.
Раскрытие полезной модели
Предлагаемое решение направлено на достижение технического результата, заключающегося в увеличение площади территорий, охваченных мониторингом состава газовой среды, предотвращение катастрофических последствий чрезвычайных ситуаций и расширение арсенала технических средств газового мониторинга для случаев отсутствия в зоне мониторинга систем электроснабжения или кабельного телеизмерения или невозможности их использования.
Сущность полезной модели состоит в том, что беспроводная сенсорная сеть содержит беспроводные газовые датчики, беспроводной координатор сети и беспроводные исполнительные устройства, при этом в качестве параметрических датчиков используются беспроводные газовые датчики с автономным питанием, не требующим замены в течение их межкалибровочного (межповерочного) интервала, и в состав беспроводной сенсорной сети дополнительно включены беспроводные маршрутизаторы радиосигналов.
Кроме того, технический результат достигается за счет того, что для передачи данных используется приемопередатчик, поддерживающий стандарт IEEE 802.15.4
1. Беспроводная сенсорная сеть для мониторинга газового состава окружающей среды, содержащая беспроводные газовые датчики, беспроводные исполнительные устройства, беспроводной координатор сети, отличающаяся тем, что беспроводные газовые датчики имеют автономное питание, не требующее замены в течение их межкалибровочного (межповерочного) интервала и в состав сети дополнительно включены беспроводные маршрутизаторы радиосигналов.
2. Беспроводная сенсорная сеть по п.1, отличающаяся тем, что для передачи данных используется приемопередатчик, поддерживающий стандарт IEEE 802.15.4.
3. Беспроводная сенсорная сеть по п.1, отличающаяся тем, что для передачи данных используется приемопередатчик, поддерживающий стандарта EN 13757-4 (Wireless M-Bus).
4. Беспроводная сенсорная сеть по п.1, отличающаяся тем, что ZigBee-приемопередатчик совместим с другими стандартами передачи данных WPAN, SRD, ISM.
5. Беспроводная сенсорная сеть по п.1, отличающаяся тем, что в ней имеется возможность интеграции с существующими системами безопасности и сигнализации на основе стандарта для мобильной сотовой связи (GSM), стандарта IEEE 802.11 (Wi-Fi) и системами сбора данных на основе стандарта Wireless M-Bus.
6. Беспроводная сенсорная сеть по п.1, отличающаяся тем, что детектируются горючие газы, в том числе и в присутствии посторонних компонентов.
7. Беспроводная сенсорная сеть по п.1, отличающаяся тем, что детектируется, по крайней мере, один из газов СН4, СО, Н2, в том числе и в присутствии посторонних компонентов.
8. Беспроводная сенсорная сеть по п.1, отличающаяся тем, что беспроводной газовый датчик содержит, по крайней мере, один полупроводниковый, термокаталитический, кондуктометрический, электрохимический, оптический сенсор.
9. Беспроводная сенсорная сеть по п.1, отличающаяся тем, что беспроводные газовые датчики выполнены в искробезопасном и во взрывозащищенном исполнении (в частности, с маркировкой «РОИаС).
10. Беспроводная сенсорная сеть по п.1, отличающаяся тем, что беспроводные газовые датчики дополнительно оснащены сенсорами для определения температуры, влажности, давления, освещенности.
11. Беспроводная сенсорная сеть по п.1, отличающаяся тем, что имеется дополнительная возможность подключения к беспроводной сенсорной сети, по крайней мере, одного беспроводного датчика температуры, влажности, давления, освещенности, движения.
12. Беспроводная сенсорная сеть по п.1, отличающаяся тем, что имеется дополнительная возможность подключения к беспроводной сенсорной сети, по крайней мере, одной беспроводной камеры видеонаблюдения.
13. Беспроводная сенсорная сеть по п.1, отличающаяся тем, что координатор сети имеет программно-аппаратный интерфейс для передачи данных в соответствующие службы по сетям сотовой связи.
14. Беспроводная сенсорная сеть по п.1, отличающаяся тем, что координатор сети имеет программно-аппаратный интерфейс для передачи данных в соответствующие службы через Интернет.
15. Беспроводная сенсорная сеть по п.1, отличающаяся тем, что беспроводной координатор сети имеет программно-аппаратный интерфейс для передачи сигнала тревоги, по крайней мере, на один номер сотовой связи.
16. Беспроводная сенсорная сеть по п.1, отличающаяся тем, что координатор сети имеет программно-аппаратный интерфейс для подключения, по крайней мере, к одному из промышленных протоколов передачи данных RS 232, RS 485, CAN.
17. Беспроводная сенсорная сеть по п.1, отличающаяся тем, что координатор сети одновременно выполняет функции автоматизированного рабочего места.
18. Беспроводная сенсорная сеть по п.1, отличающаяся тем, что роль координатора сети выполняет персональный компьютер, оснащенный для этой цели приемопередатчиком стандарта IEEE 802.15.4, GSM/GPRS модемом и необходимым программным обеспечением.
19. Беспроводная сенсорная сеть по п.1, отличающаяся тем, что беспроводной координатор сети включает: устройство отображения информации, GSM/GPRS устройство, внешнюю или встроенную память, резервный источник питания и интерфейсы сопряжения для передачи данных по кабельным сетям.
20. Беспроводная сенсорная сеть по п.1, отличающаяся тем, что координатор сети включает микроконтроллер, приемопередатчик, GSM/GPRS устройство, карту памяти, резервный источник питания, динамик, световую сигнализацию.
21. Беспроводная сенсорная сеть по п.1, отличающаяся тем, что беспроводные маршрутизаторы и беспроводные исполнительные устройства имеют дополнительное резервное автономное питание.
22. Беспроводная сенсорная сеть по п.1, отличающаяся тем, что беспроводные исполнительные устройства включают вентиляцию, отключают электропитание, закрывают клапан.
23. Беспроводная сенсорная сеть по п.1, отличающаяся тем, что беспроводной координатор сети, беспроводные газовые датчики, беспроводные маршрутизаторы, беспроводные исполнительные устройства имеют питание от альтернативных источников генерации электрической энергии: солнечных батарей, топливных элементов, термоэлектрических генераторов, пьезоэлектрических преобразователей.
