基于温差能量收集的热网监测WSN的设计与实现

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集中供热已经走进千家万户,供暖质量直接影响着成千上万热用户的生活生产。目前对供暖质量的监测主要基于各个换热站中的控制器获取到的入水、回水管道上的温度数据,监测点极为有限,无法实现对热网管网的整体监测。在本文中,我们利用基于能量采集的无线传感器网络(EH-WSN,Energy Harvesting Wireless Sensor Networks)来对热网管道进行温度数据采集。这种网络利用能量采集技术从外界环境中获取能量并转换为电能为节点供能,这种网解决了电池供电带来的电量受限、更换维护困难等问题。由于应用场景为热网管道,我们选择温差供能模块来对节点进行供能,将温差能转换为电能,使整个网络实现自供能。在网络部署上,我们利用大量节点进行组网,节点通过多跳完成数据包的转发和向Sink节点的汇聚,Sink节点再利用GPRS/3G/4G网络将数据上传至上层应用,上层监控平台对温度数据进行数据处理和可视化展示。由于从环境中采集到的能量不够稳定,所以节点工作具有间歇性的特点,传统路由协议并不适用。通过研究基于温差供能无线传感器网络的工作特性,我们对两种传统路由协议进行改进,引入节点剩余能量信息,使得改进后的协议可以很好的适用于面向热网监测的EH-WSN,保证了良好的网络性能。本文通过能量采集技术和改进的路由协议实现了对热网管网的全面监测,解决了传统热网管道监控技术存在的诸多问题,十分具有研究意义。
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