CN102722963A - 一种对一氧化碳气体进行监控报警的系统、装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对一氧化碳气体进行监控报警的体进行监控报警的系统、装置及方法，包括：无线一氧化碳传感器节点、监视报警器、中继节点、网关节点、监控中心，其中：一氧化碳检测传感器节点监测一氧化碳浓度，在一氧化碳浓度超标时向监测报警器和/或中继节点发送报警信号；监测报警器收到报警信号好进行本地声光报警；同时将报警信号发送给中继节点；中继节点通过网关节点将告警信号发送给监控中心。本发明的基于无线传感器网络的一氧化碳监测系统具有无线自组网、信息处理、无线传输、一氧化碳气体浓度测量、一氧化碳气体浓度过量报警等多种功能，能够组成无线传感器网络实现可靠的数据传输。

Description

一种对一氧化碳气体进行监控报警的系统、装置及方法

技术领域

本发明涉及一种气体监测报警技术领域，尤其涉及一种对一氧化碳气体进行监控报警的方法、装置及系统。

背景技术

随着通信技术、嵌入式计算技术以及传感器技术的飞速发展和日益成熟，具有感知能力、计算能力和通信能力的无线传感器网络作为信息技术研发的一个重要方向，逐渐成为计算机科学研究中最具活力的领域，具有广阔的应用前景。无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，获得详尽而准确的信息，传送到需要这些信息的用户。无线传感器网络可以使人们在任何时间、地点和任何环境条件下获取大量详实而可靠的信息，因此这种网络系统可被广泛应用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾等领域。

由于无线传感器网络的巨大应用价值，它已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的极大关注。美国英特尔公司、美国微软公司等信息工业界巨头也开始了传感器网络方面的工作，纷纷设立或启动相应的行动计划。日本、英国、意大利、巴西等国家也对传感器网络表现出了极大的兴趣，纷纷展开了该领域的研究工作。传感器网络是信息感知和采集的一场革命。可以预见，在不久的将来，无线传感器网络将改变人与自然界的交互方式，给我们的生活方式带来革命性的变化。因此，无线传感器网络被认为是21世纪最重要的技术之一。

具体而言，无线传感器网络是指由大量传感器节点采用无线通信方式组成的信息传播网络，目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布给观察者。无线传感器网络分布式处理的特点带来的监测高精度、高容错性、大覆盖区域、可远程监控、可快速构建、部署方便等众多优点，不易受到目标环境的限制，特别适合布置在电源供给困难的区域或人员不易到达(环境恶劣地区、敌军阵地等)的区域，这些优点使其能广泛用于军事、环境、医疗保健、空间探索及各种商业应用。

无线传感器网络是一种特殊的Adhoc网络，其节点既是信息包的发起者，也是信息包的转发者。节点以Adhoc方式将数据向网关发送，再与外部网络通信，如Internet、卫星或移动通信网络等等。节点间以AdHoc方式进行通信，每个节点都可以充当路由器的角色，并且每个节点都具备动态搜索、定位和恢复连接的能力。

目前，随着城市化进程的加速，越来越多的人开始进入城市，但城市基础设施明显滞后，例如，在大量人口聚集的城乡结合部的区域以及部分城中村中，仍然采用烧煤方式进行做饭或者进行冬季取暖。城中村的居住结构主要是一个房东将自有房屋租住给多户人家，这些人家冬天的取暖方式主要为烧煤取暖，极容易发生一氧化碳中毒，造成不可挽回的生命财产损失。在农村地区，农户家中冬季取暖方式也还是以烧煤取暖做饭为主，也存在一氧化碳中毒的风险。

因此，冬季如何在没有集中供暖的城中村或村庄的一氧化碳气体监测，在一氧化碳气体浓度过高时及时发出报警信号，预防一氧化碳中毒伤亡事件的发生，成为需要解决的一个现实问题。

由于一氧化碳监测可采用相应的一氧化碳传感器进行检测，因此，如何基于一氧化碳传感器并利用无线传感器网络技术实现对一氧化碳气体进行监控报警，成为解决一氧化碳中毒问题的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，对一氧化碳气体进行监控报警的系统、装置及方法，用于解决如何利用无线传感器网络技术实现对一氧化碳气体进行监控报警的技术问题，避免一氧化碳中毒。

为了解决上述问题，本发明提出了一种对一氧化碳气体进行监控报警的监控系统，包括：无线一氧化碳传感器节点、监视报警器、中继节点、网关节点、监控中心，其中：

无线一氧化碳传感器节点，用于监测安装点的一氧化碳气体，在一氧化碳浓度超标时进行本地声光报警，向监视报警器发送报警信号，还将报警信号经过中继节点、网关节点发送到监控中心；

监视报警器，用于在收到无线一氧化碳传感器节点的报警信号后进行本地声光报警，还将报警信号经过中继节点、网关节点发送到监控中心。

其中，所述无线一氧化碳传感器节点、监视报警器、中继节点、网关节点、监控中心采用无线自组织网络组网，中继节点之间组成MESH网络，网关节点通过GPRS方式向监控中心进行上报。

其中，一个监视报警器可监视多个无线一氧化碳传感器节点，

多个监视报警器与中继节点形成星状网络；多个无线一氧化碳传感器节点与中继节点形成星状网络。

进一步地，所述无线一氧化碳传感器节点、监视报警器、中继节点、网关节点利用Xbee模块进行自组织网络通信；所述监视报警器、中继节点还利用CC1100模块进行通信。

本发明还提供一种无线一氧化碳传感器节点，该无线一氧化碳传感器节点包括：电源模块、一氧化碳检测传感器模块、通信模块、以及告警器模块，其中：

所述电源模块为一氧化碳检测传感器模块、通信模块、以及告警器模块供电；

一氧化碳检测传感器模块，用于检测空间环境中的一氧化碳浓度，在一氧化碳浓度超标后发送告警信号给告警器模块进行本地的声音报警或光学报警或声光同时报警，用于发送告警信号至通信模块，由通信模块将该告警信号发送至外部的监视报警器和/或中继节点。其中，所述通信模块包括Xbee模块。

本发明还提供一种监视报警器，该监视报警器包括：电源模块、处理器模块、通信模块、告警器模块及液晶显示模块，其中：

所述电源模块，用于为处理器模块、通信模块、告警器模块及液晶显示模块供电；

所述通信模块，用于与无线一氧化碳传感器节点及中继节点进行通信，接收无线一氧化碳传感器节点的报警信号，将报警信号发给处理器模块处理后，向中继节点发送报警信号；

处理器模块，用于处理所接收到的报警信号，控制告警器模块发出告警信号，控制所述液晶显示模块对报警信息进行显示，或者对从中继节点下发的信息进行显示。其中，所述通信模块包括Xbee模块。

本发明还提供一种对一氧化碳气体进行监控报警的监控方法，包括：

一氧化碳检测传感器节点监测一氧化碳浓度，在一氧化碳浓度超标时向监测报警器和/或中继节点发送报警信号；

监测报警器收到报警信号好进行本地声光报警；同时将报警信号发送给中继节点；

中继节点通过网关节点将告警信号发送给监控中心。

所述方法进一步包括：监控中心通过网关节点、中继节点向监控报警器下发报警信息，监控报警器根据报警信息进行本地声光报警。

本发明的应用无线传感器网络技术进行一氧化碳气体监测的方法、装置及系统，综合了计算机、无线通信和信息传播技术，在要被监测的区域安装一氧化碳传感器节点，每个传感器节点可以实时的测量一定区域的一氧化碳气体浓度；传感器节点具有方便安装，方便转移，方便使用等特点；一氧化碳传感器节点与中继组成星状网，中继之间可以自动组成mesh网络，通过无线传感器网络传输数据至网关；在一定监控区域内安装网关节点，可用于接收通过无线传感器网络传输出来的测量数据，进行本地接收和监测；网关节点通过GPRS与Internet相连，将数据传输至监控中心，监控中心对监控区域的数据进行远程接收和监测。

附图说明

图1是对一氧化碳气体进行监控报警的系统结构示意图；

图2是对一氧化碳气体进行监控报警的系统中无线一氧化碳检测传感器节点示意图；

图3是对一氧化碳气体进行监控报警的系统中监测报警器模块示意图；

图4是监测报警器的具体应用实例示意图；

图5是对一氧化碳气体进行监控报警的系统中的中继节点示意图；

图6是中继节点的具体应用实例示意图；

图7是对一氧化碳气体进行监控报警的系统中的网关节点示意图；

图8是网关节点的具体应用实例示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。

如图1所示，本发明的一种对一氧化碳气体进行监控报警的监控系统，包括：无线一氧化碳传感器节点、监视报警器、中继节点、网关节点、监控中心，其中：

无线一氧化碳传感器节点，用于监测安装点的一氧化碳气体，在一氧化碳浓度超标时进行本地声光报警，向监视报警器发送报警信号，还将报警信号经过中继节点、网关节点发送到监控中心；

监视报警器，用于在收到无线一氧化碳传感器节点的报警信号后进行本地声光报警，还将报警信号经过中继节点、网关节点发送到监控中心。

一个监视报警器可监视多个无线一氧化碳传感器节点，监视报警器与中继节点形成星状网络，一个中继节点可服务于多个监视报警器及多个无线一氧化碳传感器节点；而中继节点之间组成mesh网络，通过两级网络传输的报警信号最终汇聚到网关节点；再由网关节点通过GPRS方式上报到联网的监控中心。

无线一氧化碳传感器节点一般可安装在住户家中，也可以安装在其他需要进行一氧化碳监测的场所。在一氧化碳浓度超标时，监控中心也可获知发生了一氧化碳浓度超标的事件。进一步地，若结合地理位置信息及无线一氧化碳传感器的标识信息等可获知发生报警的具体位置，监控中心在接收到报警信号后，也可以根据无线一氧化碳传感器的标识信息和/或监视报警器的标识信息或登记信息，将报警信息通知监视报警器的监视人员，例如通过将报警信息发送至房东的手机或者拨打房东的手机或固定电话来通知房东发生报警事件，或者将报警信号通过网络反馈至房东处的监视报警器。

该监控系统，对于无线一氧化碳传感器监测到的一氧化碳浓度超标事件，可实现浓度超标本地报警、监视人所在地报警、监控中心报警的三级报警，可充分避免发生超标事件后无人处置的情况发生，增加了系统可靠性。

如图2所示，给出了无线一氧化碳传感器节点的结构示意图，传感器节点包括：电源模块、一氧化碳检测传感器模块、通信模块、以及告警器模块。所述电源模块、一氧化碳检测传感器模块、通信模块、以及告警器模块可以安装于一氧化碳传感器底板上，由电源模块为一氧化碳检测传感器模块、通信模块、以及告警器模块供电。其中：

一氧化碳检测传感器模块用于检测空间环境中的一氧化碳浓度，在一氧化碳浓度超标后发送告警信号给告警器模块进行本地的声音报警或光学报警或声光同时报警，同时发送告警信号至通信模块，由通信模块将该告警信号发送至监视报警器。

或者，无线一氧化碳传感器节点可安装在住户家中，在一氧化碳浓度超标时可进行本地声光报警，在本地报警的同时，将报警信号发送给中继节点，通过自组织网络将报警信息上传到监控中心，监控中心根据报警信息，可下发救助信息到房东报警器，提醒房东及时救人。

具体而言，无线通信模块包括天线、射频电路和射频芯片。无线通信模块用来无线组网和无线通信，可以自组织成无线局域网，通过网络将数据发送至终端。所述无线通信模块中包括CC1100子模块用于与监视报警器和中继节点进行通信。

本发明的基于无线传感器网络的一氧化碳监测系统具有无线自组网、信息处理、无线传输、一氧化碳气体浓度测量、一氧化碳气体浓度过量报警等多种功能，能够组成无线传感器网络实现可靠的数据传输。

本发明的装置采用模块化设计，将射频模块、电源模块、处理器模块和数据采集模块分开，通过标准接口自由组合，进行数据传输。因为在不同的应用环境中对节点的能耗、采样率、响应时间和数据处理能力都有不同要求，节点应可以按照功能拆分成多个组件，组件之间可以通过标准接口自由组合。这样，在不同的应用场合下，选择不同的组件自由配置系统就可以满足要求，也有助于控制成本。同时，模块化设计也有效的减小了节点的体积。

进一步地，基于图1及图2所示的一氧化碳监测的系统及检测节点的结构，将一氧化碳检测传感器模块，更换为其它危险气体检测传感器模块，本发明的监测报警系统也可用于对相应气体实现基于无线自组织网络的监测报警。例如在化工厂中对氨气或氯气进行监测，只需更换为氨气检测传感器，或对应氯气的氯气检测传感器；例如在半导体厂中对硅烷可采用硅烷检测传感器，对硼烷采用硼烷检测传感器、对磷烷采用磷烷检测传感器；例如在矿井中对瓦斯浓度利用瓦斯检测传感器进行检测。

如图3所示，给出了监测报警器的结构示意图。监测报警器包括：电源模块、处理器模块、通信模块、告警器模块及液晶显示模块。所述电源模块为处理器模块、通信模块、告警器模块及液晶显示模块供电。

通信模块用于与无线一氧化碳传感器节点及中继节点进行通信，接收无线一氧化碳传感器节点的报警信号，将报警信号发给处理器模块处理后，向中继节点发送报警信号。

处理器模块，用于处理所接收到的报警信号，控制告警器模块发出告警信号，所述告警信号包括声音告警信号及光学告警信号，控制所述液晶显示模块对报警信息进行显示，或者对从网络监控中心下发的信息进行显示。

通信模块可以包括CC1100子模块和Xbee子模块，如图4所示，给出了监测报警器的一种具体实施时的示意图。处理器模块采用MCU MEGA128，告警器模块采用蜂鸣报警器。电源模块通过LM2576子模块输入12V电压，利用1117子模块输出3.3V电压供电。

如图5所示，给出了中继节点的结构示意图，中继节点包括电源模块、通信模块、处理器模块。中继实现的功能主要为扩展传感器节点的传输距离，组成无线mesh网络，传输数据。

所述电源模块为处理器模块、通信模块供电。

通信模块，用于与无线一氧化碳传感器节点、监测报警器及网关节点进行通信，上行方向，接收无线一氧化碳传感器节点和/或监测报警器的报警信号，将报警信号发给处理器模块处理后，向网关节点发送报警信号，下行方向，接收监控中心的下发信息，将下发信息下发给监控报警器。

处理器模块，用于处理所接收到的报警信号及所述下发信息，控制通信模块进行上下行通信。

如图6所示，给出了中继节点的一种具体实施方式示意图，通信模块可以包括CC1100子模块和Xbee子模块，处理器模块采用MCU MEGA128，电源模块输入220V电压，输出5V电压到1117子模块再转换输出3.3V电压供电。

如图7所示，给出了网关节点的结构示意图，网关包括电源模块、处理器模块、通信模块。

所述电源模块为处理器模块、通信模块供电。

通信模块，用于与中继节点及监控中心进行通信，上行方向，接收中继节点的报警信号，将报警信号发给处理器模块处理后，向监控中心发送报警信号，下行方向，接收监控中心的下发信息，将下发信息下发给中继节点。

处理器模块，用于处理所接收到的报警信号及所述下发信息，控制通信模块进行上下行通信。

如图8所示，给出了网关节点的一种具体实施方式的实例图。通信模块可以包括GPRS子模块和Xbee子模块，处理器模块采用MCU MEGA128。网关的主要功能为汇聚网络数据，上传到上位机监控中心。数据通过设置为网关的Xbee模块汇聚到网关，经过mega128的串口管脚传输到mega128芯片进行处理，处理后的数据通过GPRS模块传输到互联网，并最终传送到数据监控处理中心。

基于上述对一氧化碳进行监测的系统及各个节点及模块，本发明的对一氧化碳气体进行监控报警的方法，可以采用多种方式进行报警。

监控报警方式1：

一氧化碳检测传感器节点监测一氧化碳浓度，在一氧化碳浓度超标时向监测报警器发送报警信号，监测报警器收到报警信号好进行本地声光报警。

监控报警方式2：

一氧化碳检测传感器节点监测一氧化碳浓度，在一氧化碳浓度超标时向监测报警器发送报警信号，监测报警器收到报警信号好进行本地声光报警；同时将报警信号发送给中继节点，中继节点通过网关节点将告警信号发送给监控中心。

监控报警方式3：

一氧化碳检测传感器节点监测一氧化碳浓度，在一氧化碳浓度超标时将报警信号发送给中继节点，中继节点通过网关节点将告警信号发送给监控中心。

监控报警方式4：

一氧化碳检测传感器节点监测一氧化碳浓度，在一氧化碳浓度超标时将报警信号发送给中继节点，中继节点通过网关节点将告警信号发送给监控中心。

监控报警方式5：

一氧化碳检测传感器节点监测一氧化碳浓度，在一氧化碳浓度超标时将报警信号发送给中继节点，中继节点通过网关节点将告警信号发送给监控中心；

监控中心通过网关节点、中继节点向监控报警器下发报警信息，监控报警器根据报警信息进行本地声光报警。

本发明的对一氧化碳气体进行监控报警的方法，可以采用上述任一种方式独立实现报警，也可以采用上述方式的组合方式进行报警。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种对一氧化碳气体进行监控报警的监控系统，包括：无线一氧化碳传感器节点、监视报警器、中继节点、网关节点、监控中心，其中：

无线一氧化碳传感器节点，用于监测安装点的一氧化碳气体，在一氧化碳浓度超标时进行本地声光报警，向监视报警器发送报警信号，还将报警信号经过中继节点、网关节点发送到监控中心；

监视报警器，用于在收到无线一氧化碳传感器节点的报警信号后进行本地声光报警，还将报警信号经过中继节点、网关节点发送到监控中心。

2.如权利要求1所述的监控系统，其特征在于，

所述无线一氧化碳传感器节点、监视报警器、中继节点、网关节点、监控中心采用无线自组织网络组网，中继节点之间组成MESH网络，网关节点通过GPRS方式向监控中心进行上报。

3.如权利要求1或2所述的监控系统，其特征在于，

一个监视报警器可监视多个无线一氧化碳传感器节点，

多个监视报警器与中继节点形成星状网络；

多个无线一氧化碳传感器节点与中继节点形成星状网络。

4.如权利要求1所述的监控系统，其特征在于，

所述无线一氧化碳传感器节点、监视报警器、中继节点、网关节点利用Xbee模块进行自组织网络通信；

所述监视报警器、中继节点还利用CC1100模块进行通信。

5.一种无线一氧化碳传感器节点，其特征在于，该无线一氧化碳传感器节点包括：电源模块、一氧化碳检测传感器模块、通信模块、以及告警器模块，其中：

所述电源模块为一氧化碳检测传感器模块、通信模块、以及告警器模块供电；

一氧化碳检测传感器模块，用于检测空间环境中的一氧化碳浓度，在一氧化碳浓度超标后发送告警信号给告警器模块进行本地的声音报警或光学报警或声光同时报警，用于发送告警信号至通信模块，由通信模块将该告警信号发送至外部的监视报警器和/或中继节点。

6.如权利要求5所述的一种无线一氧化碳传感器节点，其特征在于，

所述通信模块包括Xbee模块。

7.一种监视报警器，其特征在于，该监视报警器包括：电源模块、处理器模块、通信模块、告警器模块及液晶显示模块，其中：

所述电源模块，用于为处理器模块、通信模块、告警器模块及液晶显示模块供电；

所述通信模块，用于与无线一氧化碳传感器节点及中继节点进行通信，接收无线一氧化碳传感器节点的报警信号，将报警信号发给处理器模块处理后，向中继节点发送报警信号；

处理器模块，用于处理所接收到的报警信号，控制告警器模块发出告警信号，控制所述液晶显示模块对报警信息进行显示，或者对从中继节点下发的信息进行显示。

8.如权利要求7所述的监视报警器，其特征在于，

所述通信模块包括Xbee模块。

9.一种对一氧化碳气体进行监控报警的监控方法，包括：

一氧化碳检测传感器节点监测一氧化碳浓度，在一氧化碳浓度超标时向监测报警器和/或中继节点发送报警信号；

监测报警器收到报警信号好进行本地声光报警；同时将报警信号发送给中继节点；

中继节点通过网关节点将告警信号发送给监控中心。

10.如权利要求9所述的监控方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

监控中心通过网关节点、中继节点向监控报警器下发报警信息，监控报警器根据报警信息进行本地声光报警。

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