Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0133

Аннотация скачать
Презентация скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0133
Тематическое направление
Информационно-телекоммуникационные системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)"
Название доклада
Исследование и разработка сенсорных узлов и универсальной цифровой платформы для построения самоорганизующихся и энергонезависимых беспроводных сенсорных сетей ( умная пыль ) для систем промышленной безопасности и экологического мониторинга
Докладчик
Баранов Александр Михайлович
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.
Разработка и создание экспериментального образца беспроводного сенсорного узла для самоорганизующихся и энергонезависимых беспроводных сенсорных сетей на основе универсальной цифровой платформы с интегрированным в корпус интеллектуальным источником питания и исследование его характеристик.
Задача, на решение которой направлен проект.

Создание опережающего научно- технологического задела в области создания перспективных беспроводных сенсорных сетей для мониторинга воздушных сред на промышленных предприятиях, жилых объектах, а также для предотвращения техногенных катастроф.
Разработка беспроводных сенсорных узлов и макета универсальной цифровой платформы для построения самоорганизующихся и энергонезависимых беспроводных сенсорных сетей ("умная пыль") для систем промышленной безопасности и экологического мониторинга.

Актуальность и новизна исследования
На данный момент разработано большое количество платформ беспроводных сенсорных сетей для решения задач по мониторингу и контролю окружающей среды. Обычно платформы имеют базовую (материнскую) плату, функциональные возможности которой могут быть существенно дополнены посредством подключения плат-расширений. Однако проблема автономной работы и низкого энергопотребления на данный момент не является решенной. Особенно это касается платформ для контроля взрывоопасных и токсичных газов, где применяются сенсоры с высоким энергопотреблением.

Описание исследования

Газовые сенсоры основаны на разных физических принипах,  имеют различные схемы подключения и требуют индивидуального питания.  В результате этого, каждый производитель газоаналитического оборудования  разрабатывает свои собственные датчики, которые не совместимы с сенсорами других производителей, а сенсорные модули которых не могут работать в составе единой сенсорной сети. Это ограничивает области применения сенсорных сетей. В то же время беспроводной сенсорный модуль состоит из аналоговой части (которая включает сами сенсоры) и цифрой части (которая включает микроконтроллер и передатчик). В ходе выполнения проекта была разработана универсальная цифровая  платформа для создания  беспроводных энергонезависимых сенсорных модулей, которая обеспечить подключение сенсоров различных типов. 

Недостатками существующей сенсоров и систем контроля являются: зависимость их от систем электроснабжения и кабельного телеизмерения; уязвимость кабелей к различным повреждениям и помехам, связанным с наводками электромагнитных полей, большой расход кабельной продукции, зачастую соизмеримый по затратам со стоимостью сенсоров. Более того, во многих случаях электропитание вообще может отсутствовать в месте проведения мониторинга. В ходе выполнения проекта  была  разработана беспроводная сенсорная сеть на базе стандарта для беспроводной связи ZigBee с энергонезависимыми сенсорными узлами. Беспроводные сенсорные узлы (БСУ)  имеют  автономное питание. Для увеличения времени автономной работы разработаны динамические методы проведения измерений, обеспечивающие высокую чувствительность и селективность измерений. 

Обычно необходимости иметь электрические сети в местах осуществления  мониторинга газового состава атмосферы. Для решения этой проблемы было разработано  устройство питания устройств беспроводной сенсорной сети на основе возобновляемых источников энергии. Это обеспечивает  устройствам беспроводной сенсорной сети энергонезависимость от источников питания. 

Результаты исследования

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

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

3. Разработан экспериментальный образец беспроводного сенсорного узла ( ЭО БСУ) для построения самоорганизующихся и энергонезависимых беспроводных сенсорных сетей на основе универсальной цифровой платформы с интегрированным в корпус интеллектуальным источником питания и накопителем энергии на основе сверхъёмких тонкопленочных конденсаторных ячеек и питанием от альтернативного источника энергии.

4.Разработаны алгоритмы обработки и преобразования сигнала чувствительных элементов (газовых сенсоров) сенсорных узлов.

5. Разработаны алгоритмы автоматического информирования соответствующих служб и аварийного управления исполнительными устройствами оборудованными интерфейсом связи с поддержкой стандарта беспроводной передачи данных.

6. Разработан энергоэффективный протокол для приема и передачи данных в беспроводных сенсорных сетях мониторинга воздушных сред на промышленных предприятиях, жилых объектах.  

В результате выполнения  исследований был создан опережающий научно- технологический задел в области создания перспективных энергонезависимых беспроводных сенсорных сетей для мониторинга воздушных сред  на промышленных  предприятиях, жилых объектах, а также для предотвращения техногенных катастроф. Разработанные конструктивно-технологические и схемотехнические решения вариантов беспроводных сенсорных узлов и универсальной цифровой платформы, обеспечивают:

-интеграцию газовых сенсоров различного типа;  

-построения самоорганизующихся  беспроводных сенсорных сетей;

- энергонезависимость от сетевого питания;

- передачу данных по радиоканалу. 

Полученные  результаты соответствуют мировому уровню 

Практическая значимость исследования
Результаты работы в дальнейшем должны обеспечить серийное производство беспроводных сенсорных сетей, в которых датчики не требуют подключения к сетевому питанию и способны контролировать безопасность и экологическую обстановку в жилых и промышленных помещениях, а также на территориях промышленных предприятий, шахт и газопроводов.
Потенциальными потребителями результатов проекта могут быть предприятия:
газовой и нефтяной промышленности
нефтеперерабатывающей промышленности
химической промышленности
энергетики
горнодобывающей промышленности
угольной промышленности
металлургии
пищевой промышленности
Презентация

Presentation_0133-2016.ppt