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具有现代意义的无线传感器网络技术,为新疆煤田火区监测提供了全天候、远程自动和直接观测煤火温度的监控手段。已经建立的新疆煤田火区无线传感器监测系统,以JN5139芯片为核心实现了高温监测、太阳能供电、休眠同步等功能。进一步地,为使系统从监测向控制发展,当煤层发生火灾等紧急事件后,监测节点主动成网高效传输信息并对传感器节点进行反向控制的机制,将提升现有火区无线传感器监测网络的功用。 首先,为了进行紧急事件分簇路由与反向控制机制功能的开发,将开发平台从JN5139移植到源代码开放的CC2530节点芯片上,监测煤层从冻土状态到自燃以及熄灭的全过程。为了克服节点CC2530不支持SPI接口的问题,采用UART模拟SPI口的方式进行与MAX31855芯片的主从通信,编写驱动实现对时钟信号与片选信号的控制,完成了对K型热电偶模拟数据的读取,开发的高温节点可以适合煤田火区煤层-40℃~1000℃宽范围温度的监测需求。其次,当煤层自燃等紧急事件发生时,为使用户及时获知现场状态信息,以分簇路由协议为基础,采用簇首选择、高效聚合、可靠传输点确定等技术方案,提出了紧急事件下的分簇路由策略。仿真结果显示该策略平衡了网络内节点的能耗并降低了聚合与传输时延,提高了整体网络生命周期与传输效率。最后,用户得到紧急事件现场信息后,可以进一步对节点进行反向控制,主动并具有针对性的获取和分析感兴趣的现场信息。利用PC或手持终端通过华为GTM900型号GPRS模块将数据经汇聚转发给目的节点,节点进入中断服务程序并解析数据为对应指令的方式,完成对节点发射功率、采样间隔的修改或者启动指定传感器对现场需求信息进行采集传输操作,及时掌握现场状态资料为预防和处理紧急事件提供参考和依据。 面向新疆煤田火区WSNs高温监测节点开发与紧急事件分簇路由及反向控制机制,实现了温度监测以及紧急事件后用户对现场状态数据的及时获取,并可通过反向控制高效的组织起有限节点控制采集传输与执行需求,均衡了无线传感器监测网络中节点的能耗,降低了等待与聚合时间延迟的同时减少了数据冗余,提高了整体网络的生命周期与整体执行效率,为WSNs新疆煤田监测提供新的可选项。紧急事件反向控制机制,还可以应用到实时性要求更高、紧迫性更强,与人民生命财产密切相关的滑坡WSNs监测中。