Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0134

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0134
Тематическое направление
Информационно-телекоммуникационные системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-производственный комплекс "Технологический центр" МИЭТ"
Название доклада
Исследование и разработка самоорганизующихся и энергонезависимых беспроводных сенсорных сетей газовых датчиков для систем промышленной безопасности и экологического мониторинга.
Докладчик
Суханов Владимир Сергеевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Разработка комплекса научно-технических решений в области разработки и создания беспроводных сенсорных узлов и универсальной цифровой платформы для построения самоорганизующихся и энергонезависимых беспроводных сенсорных сетей ("умная пыль") для систем промышленной безопасности и экологического мониторинга, обеспечивающих интеграцию газовых сенсоров различного типа для построения быстро разворачиваемых комплексных энергонезависимых систем обеспечения промышленной, техногенной и экологической безопасности.
Исследование и разработка новых конструктивно-технологических методов создания энергонезависимых беспроводных сенсорных сетей газовых датчиков с использованием отечественной электронной компонентной базы.
Актуальность и новизна исследования
В современном мире тысячи экологически опасных объектов, десятки тысяч километров нефтегазовых трубопроводов, растёт количество опасных промышленных объектов, которые используют токсичные, горючие и взрывоопасные вещества. С каждым днем наблюдается рост числа людей с аллергическими заболеваниями из-за проживания и работы в загрязнённой атмосфере. В технологических процессах, связанных с добычей, транспортировкой, переработкой, получением, хранением и применением горючих газов и легковоспламеняющихся жидкостей, всегда имеется опасность образования взрывоопасных и токсичных газо- и паровоздушных смесей. Причинами взрывов и массовых отравлений наиболее часто является нарушение правил безопасной эксплуатации технического оборудования, утечки газов в соединениях, перегрев аппаратов, разрыв или поломка деталей оборудования. Задача предупреждения и предотвращения ситуаций, связанных с наличием взрывоопасных и токсичных газов в атмосфере, является в России и во всем мире очень актуальной и своевременной. Данная задача требует применения современных методов и средств автоматического контроля концентраций различных опасных газов. Для решения данной задачи необходимо разработать и изготовить систему универсальную мониторинга на основе автономной беспроводной сенсорной сети.
Описание исследования

Исследования проводились по нескольким направлениям:

1) Разработка комплекса научно-технических решений для создания беспроводных сенсорных узлов для построения масштабируемых самоорганизующихся и энергонезависимых беспроводных сенсорных сетей, предназначенных для систем промышленной безопасности и экологического мониторинга.

2) Разработка алгоритмов обработки и преобразования сигналов чувствительных газовых сенсорных элементов. Алгоритмы предусматривающие интеграцию газовых сенсоров различного типа в составе одной универсальной цифровой платформы, энергоэффективные и энергосберегающие режимы работы, самодиагностику работы узла, а также саморазвертывание сенсорной сети при включении/перезапуске сенсорных узлов. 

3) Разработка макета интеллектуального источника питания интегрируемого в корпус сенсорного узла, который обеспечивает долговременную бесперебойную работу и включает в себя устройство генерации и накопления электрической энергии от альтернативных источников энергоснабжения.

4) Разработка программного обеспечения для макета беспроводного сенсорного узла для работы в стандарте беспроводной передачи данных IEEE 802.15.4 ZigBee

5) Разработка конструктивно-технологических решений по созданию беспроводного сенсорного узла с использованием современной отечественной электронной компонентной базы

 

Результаты исследования

Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему создания беспроводной сети мониторинга для контроля состава атмосферы.

Проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ 15.011-96, которые показали, что беспроводные самоорганизующиеся автономные сенсорные сети являются одним из современных направлений развития систем контроля и управления процессами.

Разработаны конструктивно-технологические принципы создания беспроводных сенсорных узлов (БСУ), обеспечивающих интеграцию газовых сенсоров различного типа, их автономное питание и саморазвертывание сенсорной сети.

Разработан и изготовлен экспериментальный образец (ЭО) универсальной цифровой платформы (УЦП) для построения самоорганизующихся и энергонезависимых беспроводных сенсорных сетей, реализующую интеграцию газовых сенсоров различного типа.

Разработан и изготовлен ЭО интеллектуального источника питания (ИИП) с накопителем энергии на основе сверхъёмких тонкопленочных конденсаторных ячеек и контуром заряда от альтернативного источника энергии.

Разработан и изготовлен ЭО БСУ для построения самоорганизующихся и энергонезависимых беспроводных сенсорных сетей на основе ЭО УЦП с интегрированным в корпус ИИП

Разработаны алгоритмы обработки и преобразования сигнала чувствительных элементов сенсорных узлов и форматы передачи данных по самоорганизующимся и энергонезависимым беспроводным сетям.

Разработаны алгоритмы и энергоэффективные протоколы для приема и передачи данных в беспроводных сенсорных сетях мониторинга воздушных сред  на промышленных  предприятиях, жилых объектах.

Разработаны программы и методики экспериментальных исследований ЭО УЦП, ЭО ИИП, ЭО БСУ. Проведены экспериментальные исследования изготовленных макетов.

Разработаны предложения и рекомендации по реализации (коммерциализации) результатов ПНИ, вовлечению их в хозяйственный оборот. Разработаны технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики. Проведена технико-экономическая оценка полученных результатов ПНИ.

Разработан проект технического задания на проведение ОКР по теме «Разработка самоорганизующихся и энергонезависимых беспроводных сенсорных сетей газовых датчиков для систем промышленной безопасности и экологического мониторинга».

За счет внебюджетных средств сотрудники исполнителя разработали и изготовили специализированные стенды для исследования характеристик газовых сенсоров, ИИП, беспроводных сенсорных сетей.

За счет внебюджетных средств сотрудники исполнителя получили охранные документы по результатам исследований и разработок, а также приняли участие в многочисленных мероприятиях, направленных на освещение и популяризацию результатов проекта.

Индустриальным партнером были разработаны и изготовлены периферийные узлы для серии 32-разрядных микроконтроллеров 1986Вех , макетные образцы кристаллов микроконтроллера с бампами. Проведена серия лабораторных испытаний микроконтроллеров, проведена разработка и изготовление специализированных отладочных комплектов для программирования микроконтроллеров.

 

 

Практическая значимость исследования
Результаты работы в дальнейшем должны обеспечить серийное производство беспроводных сенсорных узлов с использованием отечественной электронной компонентной базы для создания современных автоматизированных систем мониторинга, не зависящих от источников сетевого питания и способных контролировать безопасность и экологическую обстановку в жилых и промышленных помещениях, а также на территориях промышленных предприятий.
Результаты работы могут быть использованы в различных отраслях производства, на предприятиях: газовой и нефтяной промышленности, нефтеперерабатывающей промышленности, химической промышленности, энергетики, горнодобывающей промышленности, угольной промышленности, металлургии, пищевой промышленности.
К достоинствам систем мониторинга, на основе разработанных научно-технических решений, можно отнести: сетей: возможность расположения датчиков газа в труднодоступных местах, оперативность и удобство развертывания и обслуживания системы, надежность, возможность добавления или исключения любого количества устройств из сети, длительное время работы без замены элементов питания.