一种基于Wi-FiMesh的粉尘监测处理系统的制作方法

一种基于wi
‑
fi mesh的粉尘监测处理系统
技术领域
1.本发明属于粉尘监测技术领域，具体涉及一种基于wi
‑
fi mesh的粉尘监测处理系统。


背景技术：

2.近年来，智能传感器与无线通信技术的发展推进了粉尘在线监测与处理的一体化。无线传感器网络的配网方式包括wlan、蓝牙等。其中，传统的wi
‑
fi网络由于要求每个站必须在一定范围内以直接与ap连接而具有有限覆盖区域的缺点。此外，传统的wi
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fi网络易于过载，因为网络中允许的最大站数受到ap容量的限制。蓝牙技术传输距离有限，且速度很慢。为了完成高性能的无线粉尘检测处理装置，需要解决无线传感器网络覆盖区域有限，传输速度较慢，网络易于过载的问题。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明提出一种基于wi
‑
fi mesh的粉尘监测处理系统，能够实现不会因为某个节点故障而使得整个系统瘫痪，工作稳定性强。
4.为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
5.一种基于wi
‑
fi mesh的粉尘监测处理系统，包括：若干个粉尘监测处理装置，定义各粉尘监测处理装置为一个节点，选择其中一个节点作为根节点，部分节点作为父节点，其余节点均为叶节点，组成网络；
6.当某节点不再工作或故障时，若该节点是根节点，则进行新的根节点的选举；若该节点为父节点，则该节点的子节点将与本节点断开连接，并开始寻找新的父节点形成连接，组成新的网络。
7.可选地，各监测处理装置均包括：控制单元、粉尘监测单元、触控显示器和处理单元：
8.所述控制单元包括相连的控制芯片和wi
‑
fi无线收发芯片；
9.所述粉尘监测单元与所述控制芯片相连，将监测到的粉尘浓度发送至所述控制芯片；
10.所述触控显示器与所述控制芯片相连，用于显示粉尘浓度的实时值，以及设置粉尘浓度的阈值，并将阈值发送至所述控制芯片；
11.所述处理单元与所述控制芯片相连，基于控制芯片的发送信号进行相应的处理工作。
12.可选地，所述处理单元包括相连的风源和导管，当粉尘监测单元监测到空气中的粉尘浓度超过阈值时，所述控制芯片控制风源将粉尘通过导管排出。
13.可选地，所述风源为排风扇。
14.可选地，所述控制芯片选用stm32f103zet6芯片；所述粉尘监测单元为粉尘传感器，选用gp2y1010au0f粉尘传感器；所述触控显示器为4.3寸电容触摸屏。
15.可选地，所述根节点的确定方法包括以下步骤：
16.在所述粉尘监测处理系统配置期间通过指定的方式确定出根节点。
17.可选地，所述根节点的确定方法包括以下步骤：
18.根据每个节点与路由器之间的信号强度进行动态选择确定出根节点。
19.可选地，所述根据每个节点与路由器之间的信号强度进行动态选择确定出根节点，具体包括以下步骤：
20.每个空闲节点通过wi
‑
fi信标帧发送自己的mac地址和路由器rssi值，mac地址表示网络中的唯一节点，路由器rssi值代表相对于路由器的信号强度；
21.每个节点同时扫描来自其他空闲节点的信标帧，如果节点检测到具有值比自己大的路由器rssi的信标帧，则该节点开始传输该信标帧的内容，即投票；经过最小迭代次数选举出路由器rssi值最强的信标帧；在达到预设迭代次数后，每个节点单独检查其得票百分比，如果节点的得票百分比大于预设的阈值，则该节点为根节点。
22.可选地，所述网络的形成方法包括以下步骤：
23.当某节点被选为根节点，则该节点与路由器形成上行连接；
24.根节点连接到路由器后，根节点范围内的空闲节点与根节点连接，从而形成网络的第二层，第二层的节点为父节点；
25.剩余的空闲节点将在范围内与对应的父节点连接，形成一个新层，连接后，空闲节点将变为中间父节点或叶节点，具体取决于用户设置的网络允许的最大层数，直到网络中不再有空闲节点，或者达到网络的最大允许层。
26.可选地，当网络允许的最大层数设定完成后，最大层上的节点自动成为叶节点。
27.与现有技术相比，本发明的有益效果：
28.本发明包括若干个粉尘监测处理装置，定义各粉尘监测处理装置为一个节点，当某个节点不再工作或故障时，若该节点是根节点，则会进行新的根节点的选举；若是中间父节点，该节点的子节点将与本节点断开连接，并开始寻找新的父节点形成连接，即组成新的网络，从而能够实现不会因为某个节点故障而使得整个系统瘫痪，工作稳定性大大加强。
29.除此之外，本发明还能够实现响应快速，可以实时检测和处理粉尘，操作简单，用户只需进行上电操作。
附图说明
30.为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
31.图1是本发明一种实施例中粉尘监测处理装置的立体结构示意图；
32.图2是本发明中wi
‑
fi mesh组网示意图；
33.图中：
34.1.导管，2.风源，3.导线，4.控制单元，5.触控显示器，6.粉尘监测单元。
具体实施方式
35.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于
限定本发明的保护范围。
36.下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
37.如图1
‑
2所示，本发明中提供了一种基于wi
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fi mesh的粉尘监测处理系统，包括：若干个粉尘监测处理装置，定义各粉尘监测处理装置为一个节点，选择其中一个节点作为根节点，部分节点作为父节点，其余节点均为叶节点，组成网络；
38.当某节点不再工作或故障时，若该节点是根节点，则进行新的根节点的选举；若该节点为父节点，则该节点的子节点将与本节点断开连接，并开始寻找新的父节点形成连接，组成新的网络，实现了采用wi
‑
fi mesh网络组网。
39.可见，本发明中使用了不同于传统的wi
‑
fi、蓝牙组网方式，而是使用了wi
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fi mesh进行组网，且用户可以通过云平台观测粉尘浓度、修改粉尘报警阈值浓度及进行除尘操作。
40.如图1所示，在本发明实施例的一种具体实施方式中，各监测处理装置均包括：控制单元4、粉尘监测单元6、触控显示器5和处理单元；
41.所述控制单元4包括相连的控制芯片和wi
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fi无线收发芯片；在具体实施过程中，所述控制芯片可以选用stm32f103zet6芯片；
42.所述粉尘监测单元6与所述控制芯片相连，将监测到的粉尘浓度发送至所述控制芯片；在具体实施过程中，所述粉尘监测单元6为粉尘传感器，选用gp2y1010au0f粉尘传感器；所述粉尘传感器采用光散射法，测量气流中粒子反射的闪光频率和持续时间；
43.所述触控显示器5与所述控制芯片通导线3相连，提供人机交互界面，用于显示粉尘浓度的实时值，以及设置粉尘浓度的阈值，并将阈值发送至所述控制芯片；在具体实施过程中，所述触控显示器5为4.3寸电容触摸屏。
44.所述处理单元与所述控制芯片相连，基于控制芯片的发送信号进行相应的处理工作；在实际使用过程中，所述处理单元包括相连的风源2和导管1，当粉尘监测单元6监测到空气中的粉尘浓度超过阈值时，所述控制芯片控制风源2将粉尘通过导管1排出。所述风源2可以选择30cm*30cm的排风扇，还可以选择其他能够配合导管1实现粉尘排出的器件。所述导管1可以选择塑料导管1，价格低，柔软性好；
45.基于上述设计，本发明能够测量粉尘浓度，测量误差小于5％；并将测量的粉尘浓度显示在显示屏上；当粉尘浓度超过设定阈值时进行粉尘处理，并且可以调整阈值浓度；当有节点断开时，能较快重新组网，具有较好的鲁棒性。
46.在本发明的一种具体实施例中，所述根节点的确定方法包括以下步骤：
47.在所述粉尘监测处理系统配置期间通过指定的方式确定出根节点。
48.在本发明的另一种具体实施例中，所述根节点的确定方法包括以下步骤：
49.根据每个节点与路由器之间的信号强度进行动态选择确定出根节点，即自动模式，在此模式下根节点的选择取决于相对于路由器的信号强度，具体包括以下步骤：
50.每个空闲节点通过wi
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fi信标帧发送自己的mac地址和路由器rssi值，mac地址表示网络中的唯一节点，路由器rssi值代表相对于路由器的信号强度；
51.每个节点同时扫描来自其他空闲节点的信标帧，如果节点检测到具有值比自己大的路由器rssi的信标帧，则该节点开始传输该信标帧的内容(相当于为这个节点投票)；经过最小迭代次数选举出路由器rssi值最强的信标帧；在达到预设迭代次数后(可预先设置，
默认为10次，还可以选择其他次数，看实际的需求)，每个节点单独检查其得票百分比(得票数/总票数)，如果节点的得票百分比大于预设的阈值(默认为90％，也可以根据实际需要选择其他数值)，则该节点为根节点。选择后，根节点将与路由器连接，并开始允许形成下游连接。
52.在本发明的一种具体实施例中，所述网络的形成方法包括以下步骤：
53.当某节点被选为根节点，则该节点与路由器形成上行连接；
54.根节点连接到路由器后，根节点范围内的空闲节点与根节点连接，从而形成网络的第二层，第二层的节点为父节点；
55.剩余的空闲节点将在范围内与对应的父节点连接，形成一个新层，连接后，空闲节点将变为中间父节点或叶节点，具体取决于用户设置的网络允许的最大层数，直到网络中不再有空闲节点，或者达到网络的最大允许层。
56.当网络允许的最大层数设定完成后，最大层上的节点自动成为叶节点；
57.下面结合一具体实施对本发明中的网络形成过程进行详细说明。
58.如图2所示，当将节点a选为根节点后，称其为通信终端，该通信终端与路由器形成上行连接。根节点连接到路由器后，根节点范围内的空闲节点将开始与根节点连接，从而形成网络的第二层。连接后，第二层节点将成为父节点(假设最大允许层>2)，因此将形成下一个层。如图2所示，粉尘监测处理装置b和c位于根节点的范围内。因此，粉尘监测处理装置b和c与通信装置形成上行连接，并成为父节点。步骤三是形成剩余层。剩余的空闲节点将在范围内与父节点连接，从而在网络中形成一个新层。连接后，空闲节点将变为中间父节点或叶节点，具体取决于用户设置的网络允许的最大层数。直到网络中不再有空闲节点，或者达到网络的最大允许层。如图2所示，粉尘监测处理装置e/f/g分别与粉尘监测处理装置b/c/d连接，并本身成为父节点。为了防止网络超过允许的最大层数，一旦连接，最大层上的节点将自动成为叶节点，这样可以防止任何其他空闲节点与叶节点连接，从而防止形成新的图层形式，实现限制树深度。但是，如果空闲节点没有其他潜在的父节点，它将无限期地保持空闲状态。如图2所示，网络的最大允许层设置为四层。因此，当粉尘监测处理装置h连接时，它将成为叶节点，以防止任何下游连接形成。
59.综上可见，本发明使用一种高性能的组网方式(wi
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fi mesh)，是一种多跳、具有自组织和自愈特点的宽带无线网络结构，实现了粉尘在线检测和处理装置的一体化。本发明的各个粉尘检测和处理节点使用这种高容量、高速率的分布式网络，实现了网络中的每个节点都可以发送和接收信号，大大增加了该装置的检测和处理覆盖区域。当本发明中的某个节点不再工作或故障时，若该节点是根节点，则会进行新的根节点的选举；若是中间父节点，该节点的子节点将与本节点断开连接，并开始寻找新的父节点形成连接，即本装置会组成新的网络，不会因为某个节点故障而使得整个装置瘫痪，这使得本发明得工作稳定性大大加强。除此之外，本发明还有响应快速，可以实时检测和处理粉尘；操作简单，用户只需进行上电操作的优点。
60.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其
等效物界定。