一種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的天然氣泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及無(wú)線通信、信息采集與處理、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，尤其涉及一種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的天然氣泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。解決的技術(shù)問(wèn)題是：現(xiàn)有天然氣監(jiān)測(cè)裝置，傳輸不方便、快速，可靠性低，不能及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)結(jié)果給用戶(hù)。一種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的天然氣泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括無(wú)線傳感模塊，測(cè)量數(shù)據(jù)及將被測(cè)量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可輸出信號(hào)；ZigBee模塊，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器進(jìn)行分析；服務(wù)器將由傳感器轉(zhuǎn)換過(guò)的信息，并接收無(wú)線傳輸模塊傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)；顯示終端連接所述服務(wù)器。有益效果是：通過(guò)無(wú)線傳輸技術(shù)和無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)天然氣濃度的監(jiān)測(cè)；WCDMA模塊把室內(nèi)天然氣濃度值通過(guò)短信及時(shí)發(fā)送給用戶(hù)實(shí)現(xiàn)報(bào)警。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的天然氣泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及無(wú)線通信、信息采集與處理、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，尤其涉及一種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的天然氣泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量微型智能化傳感器節(jié)點(diǎn)以無(wú)線多跳方式形成的自組織網(wǎng)絡(luò)，它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、現(xiàn)代無(wú)線通信技術(shù)和分布式信息處理技術(shù)。在軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)、危險(xiǎn)報(bào)警等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。能夠通過(guò)各類(lèi)集成化的微型傳感器互相協(xié)作感知和采集各種被監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，這些信息公國(guó)無(wú)線方式傳送到終端，從而使人們能夠?qū)Ρ槐O(jiān)測(cè)的對(duì)象的信息，例如危險(xiǎn)性有一定的了解。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為是對(duì)21世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)主要包括傳感器模塊、中央微處理器模塊和無(wú)線收發(fā)模塊，其原理如附圖3所示。
[0003]ZigBee是建立在IEEE802.15.4協(xié)議規(guī)范基礎(chǔ)之上的新興無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，與Bluetooth, W1-Fi等相關(guān)技術(shù)相比，ZigBee網(wǎng)絡(luò)具有低功耗、低成本、低速率、支持大量節(jié)點(diǎn)、支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、低?fù)雜度、快速、可靠、安全等優(yōu)點(diǎn)。更適合低速無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)中對(duì)各節(jié)點(diǎn)之間互連的要求。ZigBee協(xié)議從下到上分別為物理層(PHY)、媒體訪問(wèn)控制層(MAC)、傳輸層(TL)、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)、應(yīng)用層(APL)等。其中物理層和媒體訪問(wèn)控制層遵循IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。ZigBee網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)是低成本、低功耗、低復(fù)雜度、支持大量節(jié)點(diǎn)、支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且整個(gè)網(wǎng)絡(luò)間通信快速、可靠、安全。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的主要設(shè)備可分為協(xié)調(diào)器(Coordinator)、匯聚節(jié)點(diǎn)(Router)、傳感器節(jié)點(diǎn)(EndDevice)三種角色。在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)調(diào)器的主要作用是完成初始信道的選擇，對(duì)網(wǎng)絡(luò)配置初始化、接受子節(jié)點(diǎn)的加入；路由器的主要作用是參與數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，通過(guò)允許別的節(jié)點(diǎn)加入來(lái)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍；終端主要負(fù)責(zé)與路由器建立連接，并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調(diào)點(diǎn)。在路由方面，ZigBee支持可靠性很高的網(wǎng)狀網(wǎng)的路由，適用于范圍很廣的網(wǎng)絡(luò)，并支持多播和廣播特性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是:現(xiàn)有天然氣監(jiān)測(cè)、報(bào)警裝置，在進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)往往傳輸不夠方便、快速，而且可靠性低，不能將監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)發(fā)給用戶(hù)。
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種費(fèi)用低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，在天然氣泄漏時(shí)反應(yīng)靈敏，能及時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警的裝置。此目的是通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的天然氣泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括無(wú)線傳感模塊、ZigBee無(wú)線傳輸模塊、服務(wù)器，無(wú)線傳感模塊，用于測(cè)量數(shù)據(jù)及將被測(cè)量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可輸出信號(hào)；ZigBee無(wú)線傳輸模塊，用于將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器進(jìn)行分析；服務(wù)器，用于將由傳感器轉(zhuǎn)換過(guò)的信息，并接收無(wú)線傳輸模塊傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)；還包括顯示終端，所述顯示終端連接所述服務(wù)器；傳感器將被測(cè)量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可輸出信號(hào)，由ZigBee無(wú)線傳輸模塊將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器進(jìn)行分析，然后服務(wù)器將分析后的最終結(jié)果顯示在顯示終端上。通過(guò)依次相連的無(wú)線傳感模塊、ZigBee無(wú)線傳輸模塊、服務(wù)器實(shí)現(xiàn)天然氣泄漏的監(jiān)測(cè)，通過(guò)顯示終端顯示監(jiān)測(cè)到的值。
[0007]進(jìn)一步地，還包括一個(gè)WCDMA模塊，所述WCDMA模塊連接所述服務(wù)器和所述無(wú)線傳感器模塊。WCDMA模塊用來(lái)實(shí)現(xiàn)通過(guò)短信形式的發(fā)送對(duì)用戶(hù)進(jìn)行報(bào)警通知。
[0008]進(jìn)一步地，所述的ZigBee無(wú)線傳輸模塊為CC2430。
[0009]進(jìn)一步地，所述的ZigBee無(wú)線傳輸模塊主控板由JN5148無(wú)線微控制器、SST25VF040串行、Flash存儲(chǔ)器、FT232RL串口芯片基本界面和擴(kuò)展插座組成。
[0010]進(jìn)一步地、所述的無(wú)線傳感模塊包括傳感器和無(wú)線數(shù)據(jù)采集設(shè)備。傳感器用于采集室內(nèi)環(huán)境中的天然氣濃度，通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)采集設(shè)備傳輸出去。
[0011]進(jìn)一步地、所述的傳感器采用C0/CF-1000傳感器，所述的無(wú)線數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用SZ06系列Z-BEE無(wú)線數(shù)據(jù)采集設(shè)備。
[0012]進(jìn)一步地，還包括一個(gè)報(bào)警模塊，所述報(bào)警模塊連接所述傳感器模塊。所述報(bào)警模塊用于發(fā)出聲音警報(bào)。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0014](一)通過(guò)無(wú)線傳輸技術(shù)和無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)天然氣濃度的監(jiān)測(cè)；
[0015](二)通過(guò)WCDMA模塊把室內(nèi)天然氣濃度值通過(guò)短信及時(shí)發(fā)送給用戶(hù)實(shí)現(xiàn)報(bào)警。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是ZigBee主控板硬件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3是無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)原理圖；
[0019]圖4是無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]如圖1所示，本實(shí)用新型的核心是ZigBee技術(shù)的無(wú)線傳感器報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，利用ZigBee技術(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)室內(nèi)天然氣是否泄漏，利用其對(duì)室內(nèi)天然氣濃度的監(jiān)測(cè)，一旦泄漏就向用戶(hù)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。所示的傳感器模塊、ZigBee無(wú)線傳輸模塊、服務(wù)器、顯示終端依次相連，WCDMA模塊連接傳感器模塊和ZigBee無(wú)線傳輸模塊。傳感器模塊采集數(shù)據(jù)，由ZigBee無(wú)線傳輸模塊將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器分析，然后在與WCDMA網(wǎng)進(jìn)行連接，連接時(shí)，協(xié)調(diào)器就充當(dāng)基站點(diǎn)。無(wú)線傳輸模塊使用CC2430模塊，服務(wù)器將由傳感器轉(zhuǎn)換過(guò)的信息，并通過(guò)ZigBee無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)接收，最后的結(jié)果顯示在顯示終端上。也可以通過(guò)WCDMA模塊實(shí)現(xiàn)通過(guò)短信形式的發(fā)送對(duì)用戶(hù)進(jìn)行報(bào)警通知。當(dāng)傳感器捕捉到天然氣的氣體濃度時(shí)將其按比例轉(zhuǎn)換為電流，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為輸入工作電壓時(shí)，也控制WCDMA模塊進(jìn)行短信的發(fā)送。
[0021]具體地，各模塊的結(jié)構(gòu)及原理如下:
[0022]ZigBee無(wú)線傳輸模塊
[0023]主控板由JN5148無(wú)線微控制器、SST25VF040串行、Flash存儲(chǔ)器、FT232RL串口芯片基本界面和擴(kuò)展插座組成，其硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。
[0024]無(wú)線傳感器模塊設(shè)計(jì)
[0025]被設(shè)計(jì)采用C0/CF-1000傳感器，使用SZ06系列Z-BEE無(wú)線數(shù)據(jù)采集設(shè)備。對(duì)于傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)雖然與傳感器其他應(yīng)用中節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)有所不同，但是其基本結(jié)構(gòu)還是一樣的。節(jié)點(diǎn)的典型硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示。主要包括電源管理器電路、C0/CF-1000傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、AD轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器、微處理器等。節(jié)點(diǎn)采用電池供電，一旦電源耗盡，節(jié)點(diǎn)就不能工作了，也就不能完成對(duì)信息的轉(zhuǎn)換。所以在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，采用低功耗器件。
[0026]WCDMA模塊設(shè)計(jì)
[0027]WCDMA模塊的關(guān)鍵技術(shù)包括射頻和基帶處理技術(shù)，具體包括射頻、中頻數(shù)字化處理，RAKE接收機(jī)、信道編解碼、功率控制等關(guān)鍵技術(shù)和多用戶(hù)檢測(cè)、智能天線等增強(qiáng)技術(shù)。射頻部分是傳統(tǒng)的模擬結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)射頻和中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換。射頻上行通道部分主要包括自動(dòng)增益控制，接收濾波器和下變頻器。射頻的下行通道部分主要包括二次上變頻，寬帶線性功放和射頻發(fā)射濾波器。中頻部分主要包括上行的去混疊濾波器、下變頻器、ADC和下行的中頻平滑濾波器，上變頻器和DAC。RAKE接收機(jī)，它是專(zhuān)為CDMA系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)典的分集接收器。為了降低信號(hào)傳播功率和解決信號(hào)在無(wú)線傳播環(huán)境中不可避免的衰落問(wèn)題，就要在WCDMA中使用編解碼技術(shù)。一般使用Turbo碼。多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)是通過(guò)去除小區(qū)內(nèi)千擾來(lái)改進(jìn)系統(tǒng)性能，增加系統(tǒng)容量。智能天線增強(qiáng)技術(shù)是利用自適應(yīng)的波束賦形技術(shù)，提高用戶(hù)波達(dá)方向的方向圖增益的。
[0028]服務(wù)器
[0029]服務(wù)器要將由傳感器收集來(lái)的信息通過(guò)數(shù)據(jù)管理軟件，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，為用戶(hù)提供可操作的界面，并且能夠訪問(wèn)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，檢測(cè)各測(cè)量節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。在此模塊設(shè)計(jì)中可以利用PC平臺(tái)上的應(yīng)用軟件來(lái)為數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
[0030]本系統(tǒng)的使用過(guò)程如下:
[0031]將ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的搭建、與WCDMA網(wǎng)絡(luò)的連通，當(dāng)一切準(zhǔn)備就緒后，就開(kāi)始對(duì)室內(nèi)的天然氣溫度進(jìn)行檢測(cè)。如果傳感器監(jiān)測(cè)到的天然氣濃度超出預(yù)設(shè)范圍，啟動(dòng)ZigBee采集信息，保存數(shù)據(jù)，并傳輸給服務(wù)器，同時(shí)通過(guò)WCDMA模塊向用戶(hù)發(fā)送信息，并發(fā)出報(bào)警；如果傳感器監(jiān)測(cè)到的天然氣濃度未超出預(yù)設(shè)的濃度范圍，則繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
[0032]實(shí)施例2
[0033]本實(shí)施例和前一實(shí)施例的區(qū)別之處在于如果傳感器監(jiān)測(cè)到的天然氣濃度超出預(yù)設(shè)范圍，啟動(dòng)ZigBee采集信息，保存數(shù)據(jù)，并傳輸給服務(wù)器，同時(shí)通過(guò)WCDMA模塊向用戶(hù)發(fā)送信息，并發(fā)出報(bào)警；如果傳感器監(jiān)測(cè)到的天然氣濃度未超出預(yù)設(shè)的濃度范圍，則繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。服務(wù)器將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后可以顯示在終端上，通過(guò)WCDMA網(wǎng)向用戶(hù)發(fā)送警告短信，用戶(hù)根據(jù)警報(bào)及時(shí)處理發(fā)生的情況，將損失減小到最小。
【權(quán)利要求】
1.一種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的天然氣泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括無(wú)線傳感模塊、ZigBee無(wú)線傳輸模塊、服務(wù)器，其特征在于: 無(wú)線傳感模塊，用于測(cè)量數(shù)據(jù)及將被測(cè)量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可輸出信號(hào)； ZigBee無(wú)線傳輸模塊，用于將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器進(jìn)行分析； 服務(wù)器，用于將由傳感器轉(zhuǎn)換過(guò)的信息，并接收無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)； 還包括顯示終端，所述顯示終端連接所述服務(wù)器； 傳感器將被測(cè)量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可輸出信號(hào)，由ZigBee無(wú)線傳輸模塊將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器進(jìn)行分析，然后服務(wù)器將分析后的最終結(jié)果顯示在顯示終端上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的天然氣泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:還包括一個(gè)WCDMA模塊，所述WCDMA模塊連接所述服務(wù)器和所述無(wú)線傳感器模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的天然氣泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述的ZigBee無(wú)線傳輸模塊為CC2430。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的天然氣泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述的ZigBee無(wú)線傳輸模塊主控板由JN5148無(wú)線微控制器、SST25VF040串行、Flash存儲(chǔ)器、FT232RL串口芯片基本界面和擴(kuò)展插座組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的天然氣泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述的無(wú)線傳感模塊包括傳感器和無(wú)線數(shù)據(jù)采集設(shè)備。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的天然氣泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述的傳感器采用C0/CF-1000傳感器，所述的無(wú)線數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用SZ06系列Z-BEE無(wú)線數(shù)據(jù)采集設(shè)備。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的天然氣泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:還包括一個(gè)報(bào)警模塊，所述報(bào)警模塊連接所述傳感器模塊。
【文檔編號(hào)】G01N27/26GK204044102SQ201420472258
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月21日
【發(fā)明者】郭坤祺, 徐曉聲, 王思璇, 王志鵬 申請(qǐng)人:鎮(zhèn)江坤泉電子科技有限公司