基于WSN的消防员生命安全保障系统关键技术研究

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消防员在执行应急救援任务过程中,引起职业危害的因素很多,安全保障措施跟不上形势发展的需要,造成消防员牺牲、受伤、致残人数逐年上升。随着数据采集和无线传感网络(WSN)技术的研究深入,消防员无线生命安全保障系统的研制逐渐成为可能。目前国内外在这方面的研究尚处于起步探索阶段。课题涉及传感器、WSN信息传输和定位等关键技术,在考虑成本因素条件下如何突破这些技术难点一直是困扰消防安全系统的瓶颈。   论文从系统功能要求入手,围绕关键技术提出相应的系统设计方案,通过检测原理分析,选择恰当的传感器,实现相应的检测功能,根据运动状态、心率、压力和温度传感器的特性,设计与传感器输出相匹配的接口电路。针对消防员生命安全保障系统在进行信息传输时移动节点动态的特点,从无线传感网络MAC协议主要性能指针及其能量浪费情况分析出发,阐述了几种不同接入方式MAC协议的节能机制,结合系统信息传输能耗因为与MAC层的节能方式,提出运用发射功率控制MAC层节能机制解决安全保障系统在进行信息传输时的能量浪费问题。通过基于测距的节点定位算法和基于非测距的节点定位算法的定位机理分析与比较,选择一种既经济又定位相对准确的RSSI定位算法,针对这种方法易受外界影响的问题深入分析RSSI定位算法受影响的各种因素,提出电池电压引起测量误差补偿和新增遮蔽因子实时识别与处理的解决措施。   编制了上位机软件,研制了移动节点和中转节点,设计相应的通信算法,构建消防员生命安全保障系统实验平台,对消防员生命体征及安全参数采集进行了实验。从实验的角度,分析WSN节点供电电压波动对RSSI值的影响,研究节点供电电压误差校正系数,研究维持网络最小连通度的发射功率,为消防员生命安全保障系统的实现提供重要依据。
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