化工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型是關(guān)于化工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具體是基于物聯(lián)網(wǎng)的化工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集模塊、3G傳輸模塊、上位機(jī)模塊三部分組成。遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測(cè)終端通過ARM微處理器控制底層采集模塊傳感器采集各種數(shù)字和模擬信號(hào)，通過A/D轉(zhuǎn)換后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理編碼打包，把數(shù)據(jù)打包成適合于傳輸?shù)腎P包，通過3G模塊進(jìn)行傳輸，數(shù)據(jù)通過移動(dòng)通信服務(wù)的基站傳輸?shù)絀nternet網(wǎng)絡(luò)接入到監(jiān)測(cè)中心的局域網(wǎng)中，由上位機(jī)的數(shù)據(jù)接收程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，存入到服務(wù)器的數(shù)據(jù)表中。
【專利說明】
化工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及化工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，尤其是指一種基于物聯(lián)網(wǎng)的化工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，化工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)正在不斷被探索研究和投入使用。而傳統(tǒng)的工業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作主要以人工現(xiàn)場(chǎng)采樣、實(shí)驗(yàn)室儀器分析為主。雖然在實(shí)驗(yàn)室中分析手段完備，但實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)存在監(jiān)測(cè)頻次低、采樣誤差大、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分散、不能及時(shí)反映污染變化狀況等缺陷。
[0003]隨著電子技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化程度的提高，有些化工廠采用有線控制方式，通過在化工廠排污口安裝環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置，自動(dòng)監(jiān)測(cè)污染物濃度。有線監(jiān)測(cè)的好處在于數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院靡约靶盘?hào)的穩(wěn)定性高，但因監(jiān)測(cè)點(diǎn)的廣泛分布性需要進(jìn)行大量的線路鋪設(shè)，提高了系統(tǒng)的建設(shè)成本，降低了系統(tǒng)的可維護(hù)性，在一些地理?xiàng)l件差的地區(qū)系統(tǒng)的搭建也極其困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種化工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具體說可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)化工廠主要污染物的無線傳感器系統(tǒng)，具體技術(shù)方案為:基于物聯(lián)網(wǎng)的化工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)控制模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、上位機(jī)模塊四部分，所述數(shù)據(jù)采集模塊由終端節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器組成，其中終端節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器依次通過ZigBee協(xié)議進(jìn)行無線通信，且終端節(jié)點(diǎn)包含傳感器模塊、獨(dú)立電源模塊和Zigbee模塊;數(shù)據(jù)控制模塊核心板包括ARM微處理器，通過ARM微處理器控制底層采集模塊，底層采集模塊采集各種數(shù)字和模擬信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理編碼打包，通過數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行傳輸，數(shù)據(jù)通過移動(dòng)通信服務(wù)的基站傳輸?shù)缴衔粰C(jī)模塊。
[0005]所述傳感器包括化學(xué)需氧量COD傳感器、懸浮物SS傳感器、氨氮傳感器、二氧化氮NO2傳感器、二氧化硫SO2傳感器和氯化氫HCL傳感器。它們負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)化工廠環(huán)境參量。
[0006]所述ZigBee模塊的型號(hào)為CC2530。
[0007]所述數(shù)據(jù)采集模塊中，終端節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)通過zigbee協(xié)議經(jīng)過路由節(jié)點(diǎn)傳送至協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器再經(jīng)過RS232串口將所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)傳送給ARM微處理器，其中，終端節(jié)點(diǎn)包括電源模塊、A/D轉(zhuǎn)換電路、CC2530模塊和傳感器模塊;獨(dú)立電源模塊為一套小型太陽能供電系統(tǒng);協(xié)調(diào)器還可以允許和拒絕終端節(jié)點(diǎn)加入系統(tǒng)。
[0008]所述ARM微處理器的型號(hào)為S2C2410A，負(fù)責(zé)控制底層采集模塊并將傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理編碼打包。
[0009]所述數(shù)據(jù)傳輸模塊為3G傳輸模塊。通過移動(dòng)通信服務(wù)的基站，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)模塊。
[0010]所述上位機(jī)模塊的結(jié)構(gòu)為B/S模式，主要包括用戶主機(jī)和移動(dòng)電子設(shè)備。用戶主機(jī)或移動(dòng)電子設(shè)備顯示當(dāng)前化工廠環(huán)境參量和歷史數(shù)據(jù)的查詢，當(dāng)接收到的污染物含量數(shù)據(jù)超過閾值上限時(shí)，在監(jiān)控界面以不同顏色顯示報(bào)警曲線。
[0011]上述技術(shù)方案具有如下有益效果:利用傳感器-數(shù)據(jù)采集模塊-數(shù)據(jù)控制模塊-數(shù)據(jù)傳輸模塊-上位機(jī)這一無線化工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以較低成本實(shí)現(xiàn)對(duì)化工廠環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。并且用戶在監(jiān)測(cè)區(qū)域靈活的布置傳感器，采用ZigBee協(xié)議進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換，真正實(shí)現(xiàn)了物與物的相連。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型化工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0013]圖2是本實(shí)用新型化工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件電路結(jié)構(gòu)框圖；
[0014]圖3是本實(shí)用新型化工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集終端太陽能電源模塊；
[0015]圖4是本實(shí)用新型化工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的ZigBee模塊組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖5是本實(shí)用新型化工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集模塊終端節(jié)點(diǎn)的硬件原理圖；
[0017]圖6是本實(shí)用新型化工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集模塊協(xié)調(diào)器的硬件原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1、4、5所示，基于物聯(lián)網(wǎng)的化工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊1、數(shù)據(jù)控制模塊2、數(shù)據(jù)傳輸模塊3、上位機(jī)模塊5四部分，所述數(shù)據(jù)采集模塊I由終端節(jié)點(diǎn)17、路由節(jié)點(diǎn)18和協(xié)調(diào)器19組成，其中終端節(jié)點(diǎn)17、路由節(jié)點(diǎn)18和協(xié)調(diào)器19依次通過ZigBee協(xié)議進(jìn)行無線通信，且終端節(jié)點(diǎn)17包含傳感器模塊21、獨(dú)立電源模塊6和Zigbee模塊22。數(shù)據(jù)控制模塊I核心板包括ARM微處理器2，通過ARM微處理器2控制底層采集模塊I，傳感器21采集各種數(shù)字和模擬信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理編碼打包，通過數(shù)據(jù)傳輸模塊3進(jìn)行傳輸，數(shù)據(jù)通過移動(dòng)通信服務(wù)的基站4傳輸?shù)缴衔粰C(jī)模塊5。
[0019]所述ARM微處理器2的型號(hào)為S2C2410A，負(fù)責(zé)控制底層采集模塊I并將傳感器21采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理編碼打包。
[0020]所述數(shù)據(jù)傳輸模塊3為3G傳輸模塊3。通過移動(dòng)通信服務(wù)的基站4，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)模塊5。
[0021 ]所述上位機(jī)模塊5包括用戶主機(jī)和移動(dòng)電子設(shè)備。
[0022]如圖2所示，本化工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要包括了數(shù)據(jù)采集模塊1、數(shù)據(jù)控制模塊2和數(shù)據(jù)傳輸模塊3，數(shù)據(jù)采集I和數(shù)據(jù)控制模塊2主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂?，?shù)據(jù)傳輸模塊3主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸。
[0023]如圖2所示，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集終端的硬件設(shè)計(jì)主要包括獨(dú)立電源模塊6設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)采集模塊I電路設(shè)計(jì)，主控制器ARM微處理器2為核心的電路設(shè)計(jì)以及3G傳輸模塊3的USB接口電路設(shè)計(jì)。考慮到終端的使用地區(qū)在環(huán)境比較惡劣的地方，所以采用獨(dú)立電源供電，這樣不僅可以提高終端使用的廣泛性和便攜性還可以節(jié)省掉供電線路的鋪設(shè)成本，節(jié)約了社會(huì)資源，減少不必要的人力浪費(fèi)。在數(shù)據(jù)終端添加USB 口電路作為3G上網(wǎng)卡的接口使用。目前3G網(wǎng)絡(luò)幾乎覆蓋了全國大多數(shù)地區(qū)，各個(gè)公司研制的3G無線上網(wǎng)卡信號(hào)越來越強(qiáng)，體積越來越小巧，而且只需使用一個(gè)通用的USB接口即可實(shí)現(xiàn)供電和數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)傳輸，不僅插拔方便，便于組裝而且功能也很完善。
[0024]如圖3所示，化工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的采集終端的電源模塊6采用小型太陽能供電系統(tǒng)供電。小型太陽能供電系統(tǒng)由太陽能電池板7、小型蓄電池8、太陽能控制器9三部分組成。太陽能電池板7是太陽能供電系統(tǒng)中的核心部件，也是太陽能供電系統(tǒng)中最具價(jià)值的部分。它實(shí)際是一種半導(dǎo)體器件，其作用是將太陽輻射能轉(zhuǎn)換成電能，為蓄電池8充電，或推動(dòng)直流負(fù)載10工作。當(dāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在夜晚成者陰雨天運(yùn)行時(shí)，就需要配合蓄電池8給系統(tǒng)供電。本系統(tǒng)使用的蓄電池8為鉛酸電池，其作用是在有光照時(shí)蓄電池8存儲(chǔ)來自太陽能電池板7供出的電能，到需要蓄電池8供電時(shí)再將電能釋放出來供監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用。太陽能控制器9的作用是對(duì)蓄電池8的充電電流和電壓進(jìn)行控制，使其保持在正常范圍內(nèi)，從而保障蓄電池8的工作穩(wěn)定性，避免過充、過放的現(xiàn)象發(fā)生。
[0025]如圖4、5所示，化工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中傳感器模塊包括化學(xué)需氧量⑶D傳感器11、懸浮物SS傳感器12、氨氮傳感器13、二氧化氮NO2傳感器14、二氧化硫SO2傳感器15和氯化氫HCL傳感器16。它們負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)化工廠環(huán)境參量。
[0026]所述化學(xué)需氧量COD傳感器11型號(hào)為CSS70-A3B1A，懸浮物SS傳感器12型號(hào)為GE-TS，氨氮傳感器13型號(hào)為HW-NH-3，二氧化氮N02傳感器14型號(hào)為SNS156_ 5WK9 6756，二氧化硫SO2傳感器15型號(hào)為2SH12，氯化氫HCL傳感器16型號(hào)為ME3-HC1。
[0027]如圖4、5、6所示，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，終端節(jié)點(diǎn)17采集的數(shù)據(jù)通過zigbee協(xié)議經(jīng)路由節(jié)點(diǎn)18傳送至協(xié)調(diào)器19，協(xié)調(diào)器19再經(jīng)過RS23 2串口 20將所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)傳送給ARM微處理器2。終端節(jié)點(diǎn)17包括電源模塊6、A/D轉(zhuǎn)換電路23、CC2530模塊22和傳感器模塊21。協(xié)調(diào)器19包括電源模塊6和CC2530模塊22。另外，協(xié)調(diào)器19還可以允許和拒絕終端節(jié)點(diǎn)17加入系統(tǒng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.化工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)控制模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、上位機(jī)模塊四部分組成，所述數(shù)據(jù)采集模塊由終端節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器組成，其中終端節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器依次通過ZigBee協(xié)議進(jìn)行無線通信，且終端節(jié)點(diǎn)包含傳感器模塊、獨(dú)立電源模塊和Zigbee模塊;數(shù)據(jù)控制模塊核心板包括ARM微處理器，通過ARM微處理器控制底層采集模塊，底層采集模塊采集各種數(shù)字和模擬信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理編碼打包，通過數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行傳輸，數(shù)據(jù)通過移動(dòng)通信服務(wù)的基站傳輸?shù)缴衔粰C(jī)模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述傳感器包括化學(xué)需氧量⑶D傳感器、懸浮物SS傳感器、氨氮傳感器、二氧化氮N02傳感器、二氧化硫S02傳感器和氯化氫HCL傳感器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述獨(dú)立電源模塊為一套小型太陽能供電系統(tǒng)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述ZigBee模塊的型號(hào)為CC2530o5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述ARM微處理器的型號(hào)為S2C2410A。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)據(jù)傳輸模塊為3G傳輸。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述上位機(jī)模塊的結(jié)構(gòu)為B/S模式，主要包括用戶主機(jī)和移動(dòng)電子設(shè)備。
【文檔編號(hào)】G08C17/02GK205451464SQ201620291325
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年4月11日
【發(fā)明人】侯頎, 丁衛(wèi)紅, 劉金成
【申請(qǐng)人】淮陰工學(xué)院