專利名稱：基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的爐窯煙氣檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及爐窯煙氣檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的爐窯煙氣檢測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
爐窯煙氣中的顆粒物、硫化物、二噁英等物質(zhì)對(duì)空氣質(zhì)量的危害相當(dāng)廣泛，而且具有難以集中檢測(cè)和綜合評(píng)估的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的爐窯尾氣檢測(cè)系統(tǒng)以檢測(cè)某種特定的物質(zhì)為主，由于受制于檢測(cè)設(shè)備安裝、供電等特殊要求，檢測(cè)設(shè)備通常在工程建設(shè)時(shí)設(shè)計(jì)安裝，一旦檢測(cè)指標(biāo)和檢測(cè)方法發(fā)生變化，通常需要對(duì)原有爐窯進(jìn)行停工改造，影響生產(chǎn)并且成本較聞。傳統(tǒng)爐窯煙氣檢測(cè)系統(tǒng)是爐窯生產(chǎn)控制系統(tǒng)的一部分，爐窯煙氣檢測(cè)結(jié)果通常是爐窯生產(chǎn)控制的一個(gè)反饋輸入，當(dāng)爐窯煙氣中有害物質(zhì)不達(dá)標(biāo)時(shí)，不允許進(jìn)行排放并繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)凈化處理，直到煙氣有害物質(zhì)含量達(dá)標(biāo)為止。與生產(chǎn)控制系統(tǒng)集成的煙氣檢測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是能夠進(jìn)行反饋輸入，循環(huán)凈化，系統(tǒng)利用率高，但由于該系統(tǒng)需將不達(dá)標(biāo)煙氣吸入重新處理，該檢測(cè)系統(tǒng)通常不在煙氣排放點(diǎn)的位置，而是位于直接排放點(diǎn)之前，因此檢測(cè)結(jié)果并不是直接排放點(diǎn)的數(shù)據(jù)，由于該系統(tǒng)為工廠或企業(yè)自行建造，其數(shù)據(jù)不具備客觀性，不能作為環(huán)保局等監(jiān)督單位的采樣數(shù)據(jù)。爐窯煙氣檢測(cè)技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)高科技技術(shù)，爐窯煙氣檢測(cè)對(duì)于治理空氣污染十分必要，建立爐窯煙氣的檢測(cè)及告警系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)大氣污染源，通過評(píng)估來發(fā)現(xiàn)潛在污染源，避免污染的擴(kuò)大。由于爐窯煙氣中含有多種導(dǎo)致大氣污染的物質(zhì)，不同爐窯的污染成分比例差異性較大，難以計(jì)算爐窯煙氣的綜合污染指數(shù)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB9078-1996《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了爐窯煙氣中各種物質(zhì)允許排放的濃度最大值，但是，小于排放標(biāo)準(zhǔn)的各種物質(zhì)的組合也可能帶來嚴(yán)重的污染，對(duì)這種組合進(jìn)行綜合評(píng)估的結(jié)果更能反應(yīng)實(shí)際污染情況。我國(guó)近年來有一些單位逐漸開始開展污染綜合評(píng)估工作，但通常是對(duì)某一區(qū)域水質(zhì)、空氣、土壤、噪聲等的評(píng)估，也有一些單位針對(duì)爐窯煙氣污染綜合檢測(cè)和評(píng)估，但實(shí)際使用中還存在以下一系列問題。使用總線型的爐窯煙氣檢測(cè)系統(tǒng)，需要在爐窯排放點(diǎn)附件建設(shè)分析屋，而且檢測(cè)設(shè)備的供電和信號(hào)傳輸都需要專門布線。這種方式的缺點(diǎn)是安裝工程量大，現(xiàn)場(chǎng)需要鋪設(shè)專門電纜，需要定期保養(yǎng)和維護(hù)。特別是一些采用煙囪排放的爐窯，高度一般超過15米，保養(yǎng)和維護(hù)工作成本較高。并且爐窯分布廣泛，采用分析屋安裝工控機(jī)分析和傳輸數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)督單位的方式數(shù)據(jù)客觀性和實(shí)時(shí)性不足。使用多個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)來獲取煙氣污染物質(zhì)含量數(shù)據(jù)，各個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的采樣頻率、精確度、傳輸方式存在差異，這種方式的主要缺點(diǎn)是系統(tǒng)重復(fù)建設(shè)浪費(fèi)投資，綜合評(píng)估數(shù)據(jù)不充分
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的爐窯煙氣在線檢測(cè)系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的爐窯煙氣在線檢測(cè)系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、傳感器節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊和管理終端模塊，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)檢測(cè)煙氣成分、環(huán)境情況并采集圖像，傳感器節(jié)點(diǎn)把數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊通過GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)通過Internet傳輸?shù)焦芾斫K端模塊。作為優(yōu)選，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括粉塵濃度檢測(cè)器、煙氣黑度檢測(cè)器、二氧化硫濃度檢測(cè)器，檢測(cè)器與傳感器節(jié)點(diǎn)微控制器輸入模塊電連接。作為優(yōu)選，傳感器節(jié)點(diǎn)包括溫度傳感器、濕度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器，傳感器節(jié)點(diǎn)包括Zigbee節(jié)點(diǎn)模塊。作為優(yōu)選，傳感器節(jié)點(diǎn)還包括圖像傳感器，圖像傳感器包括藍(lán)牙傳輸模塊。作為優(yōu)選，網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊包括Zigbee網(wǎng)關(guān)模塊，藍(lán)牙傳輸模塊，GPRS/3G通信模塊，網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊收到Zigbee節(jié)點(diǎn)模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)后，通過GPRS/3G通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦芾斫K端模塊，網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊收到圖像傳感器節(jié)點(diǎn)藍(lán)牙傳輸模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)后，通過GPRS/3G通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦芾斫K端模塊。作為優(yōu)選，傳感器節(jié)點(diǎn)微控制器采用單片機(jī)。作為優(yōu)選，網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊米用ARM系統(tǒng)。一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的爐窯煙塵檢測(cè)方法，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、傳感網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過傳感網(wǎng)絡(luò)連接到數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，傳感網(wǎng)絡(luò)包括傳感器節(jié)點(diǎn)和傳輸網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)處理平臺(tái)包括應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器和管理終端模塊，傳感網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用服務(wù)器通信，應(yīng)用服務(wù)器與數(shù)據(jù)服務(wù)器、管理終端模塊通信。作為優(yōu)選，數(shù)據(jù)服務(wù)器與應(yīng)用服務(wù)器通過Ethernet通信，應(yīng)用服務(wù)器與管理終端通過 Ethernet/Internet 通信。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明重點(diǎn)解決了爐窯煙氣多種污染物質(zhì)濃度數(shù)據(jù)同時(shí)在線采集和傳輸?shù)膯栴}，采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)無需為數(shù)據(jù)傳輸布線；基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)上傳的數(shù)據(jù)繪制區(qū)域內(nèi)爐窯煙氣排放分布圖，能直觀方便的確定區(qū)域內(nèi)污染源和潛在污染源；本發(fā)明提出了一種爐窯煙氣污染指數(shù)多指標(biāo)綜合評(píng)估方法，采用層次分析法綜合計(jì)算爐窯煙氣的污染指數(shù)，定量的了解爐窯煙氣的污染情況。本發(fā)明為防止?fàn)t窯煙氣污染提供了一套可靠、高效、持續(xù)、低成本的檢測(cè)系統(tǒng)，架設(shè)簡(jiǎn)單，與工廠現(xiàn)有控制系統(tǒng)耦合度低，為工廠、爐窯煙氣排放監(jiān)督單位提供了一種可靠和獨(dú)立的檢測(cè)方法。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)框2為本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸3為本發(fā)明的傳輸節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)4為本發(fā)明的系統(tǒng)部署拓?fù)?為本發(fā)明爐窯煙氣污染綜合評(píng)估方法
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，如圖1所示，本發(fā)明數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由成分?jǐn)?shù)據(jù)采集器、環(huán)境數(shù)據(jù)采集器、圖像采集器組成，數(shù)據(jù)采集器與傳感器節(jié)點(diǎn)連接，傳感器節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)連接，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與應(yīng)用服務(wù)器連接，應(yīng)用服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器連接，管理終端模塊與應(yīng)用服務(wù)器連接。一個(gè)環(huán)境數(shù)據(jù)采集器與一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)連接，同一爐窯的一組傳感器節(jié)點(diǎn)與同一個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)連接，不同爐窯的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與同一個(gè)應(yīng)用服務(wù)器連接。如圖2所示，成分?jǐn)?shù)據(jù)采集器、環(huán)境數(shù)據(jù)采集器對(duì)應(yīng)的傳感器節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)采用Zigbee通訊，圖像采集器對(duì)應(yīng)的傳感器節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)采用藍(lán)牙通訊，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與應(yīng)用服務(wù)器之間通過基于GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)連接的TCP/IP通信，管理終端模塊與應(yīng)用服務(wù)器之間通過基于 Internet/Ethernet 的 TCP/IP 通信。如圖3所示，成分?jǐn)?shù)據(jù)采集器、環(huán)境數(shù)據(jù)采集器、圖像采集器通過I/O模塊與微控制器相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與微控制器相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊負(fù)責(zé)對(duì)成分?jǐn)?shù)據(jù)采集器、環(huán)境數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，圖像處理模塊與微控制器相連，圖像處理模塊負(fù)責(zé)對(duì)圖像采集器采集的圖像進(jìn)行預(yù)處理。傳感器節(jié)點(diǎn)的Zigbee收發(fā)模塊與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的Zigbee收發(fā)模塊通過Zigbee協(xié)議通信，Zigbee通訊的好處是能處理單次數(shù)據(jù)量小的高頻率數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)凸模煽啃愿?，無需布線。傳感器節(jié)點(diǎn)的藍(lán)牙收發(fā)模塊與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的藍(lán)牙收發(fā)模塊通過藍(lán)牙技術(shù)通信，藍(lán)牙通訊的好處是能傳輸圖像中較大的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸無需布線，可靠性高。如圖4所示，一個(gè)爐窯的傳感節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)自成網(wǎng)絡(luò)，獨(dú)立于其他爐窯的傳感器節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)爐窯的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)接入運(yùn)營(yíng)商交換機(jī)，兩臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器互為熱備，應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器與Internet連接通過防火墻隔離。應(yīng)用服務(wù)器收集來自網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，采用如圖5所示的層次分析法計(jì)算爐窯煙氣綜合污染指數(shù)，向移動(dòng)終端、個(gè)人電腦、LCD公告屏發(fā)布爐窯煙氣綜合污染指數(shù)和爐窯煙氣成分?jǐn)?shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)。如圖5所示，爐窯煙氣多指標(biāo)綜合評(píng)估方法采用層次分析法計(jì)算爐窯煙氣綜合污染指數(shù)，爐窯煙氣評(píng)估的大指標(biāo)包含污染致病性指標(biāo)、溫室效應(yīng)指標(biāo)、天氣影響指標(biāo)、農(nóng)作物影響指標(biāo)、其他指標(biāo)。污染性指標(biāo)包含煙塵含量、二氧化硫含量、二噁英含量、氟化物含量、鉛含量、汞含量，溫室效應(yīng)指標(biāo)包含二氧化碳含量、煙氣流量、煙氣流量、煙氣溫度、煙氣濕度，天氣影響指標(biāo)包含煙塵含量、硫化物含量、煙氣流量、煙氣黑度，煙氣溫度，農(nóng)作物影響指標(biāo)包含煙塵含量、硫化物含量、煙氣流量、煙氣黑度，其他指標(biāo)包含現(xiàn)場(chǎng)照片人工評(píng)估。大指標(biāo)之間的權(quán)重用兩兩對(duì)比法計(jì)算權(quán)重，所有大指標(biāo)權(quán)重總和為1，每個(gè)大指標(biāo)包含的小指標(biāo)之間的權(quán)重用兩兩對(duì)比法計(jì)算權(quán)重，每個(gè)大指標(biāo)包含的小指標(biāo)權(quán)重總和為I。如圖3所示的爐窯傳感器節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)提供小指標(biāo)數(shù)據(jù)，對(duì)小指標(biāo)原始數(shù)據(jù)做隸屬度函數(shù)分析，分析結(jié)果輸入計(jì)算爐窯煙氣污染大指標(biāo)和爐窯煙氣污染綜合指數(shù)。盡管已經(jīng)結(jié)合當(dāng)前認(rèn)作是一個(gè)最為實(shí)用和優(yōu)選的實(shí)施例來描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例，而相反是旨在涵蓋包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的多種修改和同等布置。
權(quán)利要求
1.一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的爐窯煙氣檢測(cè)系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、傳感器節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和管理終端模塊，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與傳感器節(jié)點(diǎn)連接，傳感器節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊連接，網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊與數(shù)據(jù)處理模塊連接，數(shù)據(jù)處理模塊與管理終端模塊連接，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括煙氣成分?jǐn)?shù)據(jù)采集器、環(huán)境數(shù)據(jù)采集器、圖像采集器，所述傳感器節(jié)點(diǎn)包括微控制器，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過傳感器節(jié)點(diǎn)的I/o模塊連接傳感器節(jié)點(diǎn)，傳感器節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊與數(shù)據(jù)處理模塊相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的爐窯煙氣檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:煙氣成分?jǐn)?shù)據(jù)采集器、環(huán)境數(shù)據(jù)采集器連接傳感器節(jié)點(diǎn)，傳感器節(jié)點(diǎn)通過Zigbee通信模塊與網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的爐窯煙氣檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:圖像采集器連接傳感器節(jié)點(diǎn)，傳感器節(jié)點(diǎn)通過藍(lán)牙模塊與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸模塊連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的爐窯煙氣檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊包括Zigbee通信模塊、藍(lán)牙通信模塊、GPRS/3G數(shù)據(jù)傳輸模塊，爐窯煙氣檢測(cè)數(shù)據(jù)通過GPRS/3G數(shù)據(jù)傳輸模塊與數(shù)據(jù)處理模塊連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的爐窯煙氣檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:數(shù)據(jù)處理模塊采用層次分析法評(píng)估爐窯煙氣綜合污染指數(shù)，評(píng)價(jià)大指標(biāo)包括污染致病指標(biāo)、溫室效應(yīng)指標(biāo)、天氣影響指標(biāo)、農(nóng)作物影響指標(biāo)和其他指標(biāo)，大指標(biāo)的權(quán)重采用兩兩對(duì)比法計(jì)算得出，大指標(biāo)由小指標(biāo)計(jì)算得出，小指標(biāo)的權(quán)重采用兩兩對(duì)比法計(jì)算得出，小指標(biāo)的值來源于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的爐窯煙氣檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:數(shù)據(jù)處理模塊與管理終端模塊之間通過基于Internet/Ethernet的TCP/IP協(xié)議通信。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的爐窯煙氣檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:管理終端模塊在智能終端、個(gè)人電腦和LCD顯示屏上展示。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的爐窯煙氣檢測(cè)系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括成分?jǐn)?shù)據(jù)采集器、環(huán)境數(shù)據(jù)采集器和圖像采集器，傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括傳感器節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括應(yīng)用服務(wù)器，數(shù)據(jù)服務(wù)器和管理終端模塊，傳感系統(tǒng)與應(yīng)用服務(wù)器通信，應(yīng)用服務(wù)器與數(shù)據(jù)服務(wù)器、管理終端模塊通信。本發(fā)明重點(diǎn)解決了爐窯煙氣綜合檢測(cè)的傳感器標(biāo)準(zhǔn)接口，基于多指標(biāo)的爐窯的煙氣污染綜合評(píng)估，區(qū)域內(nèi)現(xiàn)存污染源和潛在污染源確定問題。
文檔編號(hào)G01D21/02GK103209501SQ20131013420
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月16日
發(fā)明者吳樂剛, 黃鸝, 宋執(zhí)環(huán) 申請(qǐng)人:杭州三云科技有限公司