CN103871223A - 一种用于危险化学品运输的信息采集与报警装置 - Google Patents

一种用于危险化学品运输的信息采集与报警装置 Download PDF

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朱琦洁
刘志龙
杨峰
赵麟
周可君
吕绍东
左姗
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Abstract

该发明公开了一种用于危险化学品运输的信息采集与报警装置，通过传感器采集信息并发送给ZigBee信息发送模块，通过ZigBee信息发送模块发送信息，将信息采集和发送集成到同一模块，在采集与发送模块之间设置一数据解析模块，用充电电池为各低功耗的采集与发送模块供电，ZigBee信息接收模块接收到信息后传给车载信息处理终端，车载信息处理终端处理后由显示模块显示并在危险情况下由报警模块报警，从而具有在危险化学品运输过程对危险化学品及其运输车辆状态实时监控、危险化学品状态异常预警、布线简单、易安装、易移植、低功耗、低成本、可靠性高的效果。

Description

一种用于危险化学品运输的信息采集与报警装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域和化学领域，尤其涉及一种基于ZigBee(基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议)的危险化学品运输信息无线采集方法。
背景技术
目前我国公路运输的危险化学品每年约有2亿吨，占年货运量的30%以上。其中液氯、液氨每年运量分别达400万吨和300万吨，随着经济发展危险化学品运输量越来越大，品种越来越多，参与道路危险化学品运输的车辆和从业人员也在逐年增加。
危险化学品由于其物质特殊性，在其运输过程中存在着许多不确定因素，实时对运输中的危险化学品进行信息采集是保障危险化学品安全运输的重要手段；另外，在危险化学品运输过程中能在危险化学品出现异常初期进行预警对避免事故发生有重要作用。
申请号为201120302981.7《基于ARM的油罐车罐体温度实时采集与报警装置》专利公开了油罐车温度采集装置，该装置用温度采集模块实时检测油罐车罐体温度并通过ZigBee无线发送模块发送信号，通过ZigBee无线接收模块收到罐体温度信息并发送给数据处理模块，数据处理判断该温度的罐体是否安全，若不安全会发送信息给报警模块进行报警。该装置存在以下不足之处：
1.数据采集对象单一，只能采集罐体温度，不能对压力、液位、车辆姿态和GPS等信息进行采集，不适用于其他危险化学品运输车辆的信息采集，装置通用性差；
2.布线复杂，采用车载电源给传感器供电，还是不能克服布线复杂的难题，增加装置安装和维护的复杂度；
3.信息存储机制不健全，没有嵌入式数据库对数据进行管理，不便于对历史数据进行查询，且不能提供车辆的历史运行轨迹，装置功能单一。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足改进设计一种用于危险化学品运输的信息采集与报警装置，达到在危险化学品运输过程对危险化学品及其运输车辆状态实时监控、危险化学品状态异常预警、布线简单、易安装、易移植、低功耗、低成本、可靠性高的目的。
本发明的技术方案是：一种用于危险化学品运输的信息采集与报警装置，通过传感器采集信息并发送给ZigBee信息发送模块，通过ZigBee信息发送模块发送信息，将信息采集和发送集成到同一模块，在采集与发送模块之间设置一数据解析模块，用充电电池为各低功耗的采集与发送模块供电，ZigBee信息接收模块接收到信息后传给车载信息处理终端，车载信息处理终端处理后由显示模块显示并在危险情况下由报警模块报警，从而实现发明目的，因此本发明包括：
信息采集模块，将采集到的信息发送给ZigBee无线信息发送模块；由ZigBee无线信息发送模块将信息和该模块的节点号发送给ZigBee无线信息接收模块；由ZigBee无线信息接收模块将信息和节点号发送给车载信息处理终端；车载信息处理终端将收到的信息、节点号和处理结果在LCD显示模块显示并根据处理结果判断车辆是否处于危险状态，若处于危险状态指示语音报警模块进行报警；系统由车载电源模块进行供电，其特征在于：将信息采集模块和ZigBee无线信息发送模块整合到信息采集与发送模块中，在信息采集模块与ZigBee无线信息发送模块之间设置一数据解析模块，信息采集与发送模块包括：温度信息采集与发送模块、压力信息采集与发送模块、车辆姿态信息采集与发送模块、液位信息采集与发送模块、GPS信息采集与发送模块，设置一存储模块与车载信息处理终端相连，用于存储收到的信息、节点号和该信息的处理结果；
其中所述温度信息采集与发送模块包括：温度传感器、温度数据解析模块和ZigBee温度信息发送模块、电池供电模块，实现对危险化学品温度信息的实时采集，传感器数据解析并通过ZigBee无线网络实时传递给车载信息处理终端，电池供电模块为各部件供电；
所述压力信息采集与发送模块包括压力传感器、压力数据解析模块和ZigBee压力信息发送模块、电池供电模块，实现对危险化学品压力信息的实时采集，传感器数据解析并通过ZigBee无线网络实时传递给车载信息处理终端，电池供电模块为各部件供电；
所述车辆姿态信息采集与发送模块包括姿态传感器、姿态数据解析模块和ZigBee姿态信息发送模块、电池供电模块，实现对危险化学品运输车辆姿态信息的实时采集，传感器数据解析并通过ZigBee无线网络实时传递给车载信息处理终端，电池供电模块为各部件供电；
所述液位信息采集与发送模块包括超声波液位传感器、液位数据解析模块和ZigBee液位信息发送模块，实现对液体危险化学品液位信息的实时采集，传感器数据解析并通过ZigBee无线网络实时传递给车载信息处理终端；
所述GPS信息采集与发送模块包括GPS模块、GPS数据解析模块和ZigBee GPS信息发送模块、电池供电模块，实现对危险化学品运输车辆GPS信息的实时采集，传感器数据解析并通过ZigBee无线网络实时传递给车载信息处理终端，电池供电模块为各部件供电；
所述车载电源模块为车载信息处理终端、LCD显示模块、语音播报模块、ZigBee无线信息接收模块、液位信息采集发送模块供电。
所述ZigBee信息发送模块和ZigBee无线传感器信息接收模块采用CC2430芯片，ZigBee无线网络采用2.4G频段。
所述温度传感器采用NTC010HP00（IP67）防寒耐水低功耗传感器。
所述压力传感器采用Asensors公司的AST4100压力传感器。
所述姿态传感器采用OS3D姿态方位跟踪传感器。
所述液位超声波传感器采用HSTL-ES超声波液位传感器。
所述GPS模块采用GAMIN公司的GPS25-LVS模块。
所述LCD显示模块采用7寸LCD触摸显示屏。
所述语音报警模块采用ISD4004语音模块。
所述车载信息处理终端采用的处理器芯片为S3C6410，搭载Linux操作系统。
本发明通过传感器采集信息并发送给ZigBee信息发送模块，通过ZigBee信息发送模块发送信息，将信息采集和发送集成到同一模块，在采集与发送模块之间设置一数据解析模块，用充电电池为各低功耗的采集与发送模块供电，ZigBee信息接收模块接收到信息后传给车载信息处理终端，车载信息处理终端处理后由显示模块显示并在危险情况下由报警模块报警，从而具有在危险化学品运输过程对危险化学品及其运输车辆状态实时监控、危险化学品状态异常预警、布线简单、易安装、易移植、低功耗、低成本、可靠性高的效果。
附图说明
图1是基于ZigBee的危险化学品运输无线信息采集系统的结构示意框图。
具体实施方式
传感器通过A/D接口或串口连接数据解析模块，数据解析模块连接ZigBee信息发送模块，ZigBee无线传感器信息接收模块通过串口连接车载信息处理终端，LCD显示模块和语音报警模块与车载信息处理终端相连；信息采集模块采用充电锂电池供电，ZigBee无线传感器信息接收模块、LCD显示模块、语音报警模块和车载信息处理终端采用车载电源供电。
所述ZigBee信息发送模块和ZigBee无线传感器信息接收模块采用CC2430芯片，ZigBee无线网络采用2.4G频段，CC2430芯片将PHY层和MAC层集成在一起，MAC被固化在无线收发器中，CC2430的系统芯片解决方案能提高整体性能并满足2.4GHz ISM波段应用中对低成本和低能耗的要求，CC2430中集成了一枚8051内核和一个2.4GHz直接序列扩频射频收发器，其处理器具有8倍与普通核的性能。它的内部还集成了8位可配置的模数转换器实现外部模拟信号的转换，本发明中采用的ZigBee信息采集模块和ZigBee无线传感器信息接收模块的型号为韩伯公司的HBE-ZigbeX。
温度传感器采用NTC010HP00（IP67）防寒耐水低功耗传感器；压力传感器采用Asensors公司的AST4100压力传感器，AST4100压力传感器膜片为一体式结构，不含硅油，安全防泄漏，可在-40摄氏度超低温环境下正常工作，可抵抗5倍破坏压力，其整体含螺纹长度小于50毫米，直径小于22毫米，提供标准两线制4-20mA输出；姿态传感器采用OS3D姿态方位跟踪传感器；液位超声波传感器采用HSTL-ES超声波液位传感器；GPS模块采用GAMIN公司的GPS25-LVS模块，其内置了GPS250EM板，是一款体积小、功耗低、精度高的GPS接收机，符合车载设备的性能要求；LCD显示模块采用7寸LCD触摸显示屏；语音报警模块采用ISD4004语音模块；车载信息处理终端采用的处理器芯片为S3C6410，搭载Linux操作系统。
一种用于危险化学品运输的信息采集与报警装置，其信息采集与处理方法包括以下步骤：
步骤一，数据采集，首先初始化各个信息采集模块，然后各个传感器采集危险化学品及其运输车辆的各个状态信息，若传感器输出的是模拟量，则通过信息解析模块进行A/D转换，进而传递给ZigBee信息发送模块，若传感器输出的是数字量，则需对数据进行解析以提取有效数据，然后提交给ZigBee信息发送模块；
步骤二，ZigBee无线通信，首先判断通信命令是发送数据还是接受数据，如果是发送数据命令，则初始化ZigBee信息发送模块并将传感器有效数据与该ZigBee信息发送模块节点号发送到ZigBee无线传感器信息接收模块，如果是接收数据命令，则初始化ZigBee无线传感器信息接收模块并接收ZigBee信息发送模块的传感器有效数据和该ZigBee信息发送模块节点号；每次发送时，采用的基本MAC协议为CSMA/CA协议，CSMA/CA协议使用载波监听、随即回退和具有DATA/ACK形式的数据包传输方式；
步骤三，信息综合分析处理，车载信息处理终端接收ZigBee无线传感器信息接收模块传来的数据，首先存入嵌入式数据库，同时通过LCD显示模块实现状态信息实时显示，保证驾驶员能实时掌握危险化学品及其运输车辆状态；然后进行数据分析判断，若出现异常则通过语音报警模块进行语音报警；
步骤四，LCD液晶显示，LCD显示模块不仅能够实时显示危险化学品及其运输车辆状态信息，还提供历史信息查询功能，直观显示危险化学品及其运输车辆各个状态的历史波形和车辆的运行轨迹等信息，具有状态回放功能，供相关人员查询；
步骤五，部分传感器信息采集模块将信息传输到智能车载终端，经智能终端系统的决策分析，得出所需传感器的最小数量和需要使用的传感器节点号，下达控制指令，控制其它传感器的开闭状态，以保证较小数据量与电源的电量损耗，大大延长了车载终端的工作时间。

Claims (10)

1.一种用于危险化学品运输的信息采集与报警装置，包括：信息采集模块，将采集到的信息发送给ZigBee无线信息发送模块；由ZigBee无线信息发送模块将信息和该模块的节点号发送给ZigBee无线信息接收模块；由ZigBee无线信息接收模块将信息和节点号发送给车载信息处理终端；车载信息处理终端将收到的信息、节点号和处理结果在LCD显示模块显示并根据处理结果判断车辆是否处于危险状态，若处于危险状态指示语音报警模块进行报警；系统由车载电源模块进行供电，其特征在于：将信息采集模块和ZigBee无线信息发送模块整合到信息采集与发送模块中，在信息采集模块与ZigBee无线信息发送模块之间设置一数据解析模块，信息采集与发送模块包括：温度信息采集与发送模块、压力信息采集与发送模块、车辆姿态信息采集与发送模块、液位信息采集与发送模块、GPS信息采集与发送模块，设置一存储模块与车载信息处理终端相连，用于存储收到的信息、节点号和该信息的处理结果；
其中所述温度信息采集与发送模块包括：温度传感器、温度数据解析模块和ZigBee温度信息发送模块、电池供电模块，实现对危险化学品温度信息的实时采集，传感器数据解析并通过ZigBee无线网络实时传递给车载信息处理终端，电池供电模块为各部件供电；
所述压力信息采集与发送模块包括压力传感器、压力数据解析模块和ZigBee压力信息发送模块、电池供电模块，实现对危险化学品压力信息的实时采集，传感器数据解析并通过ZigBee无线网络实时传递给车载信息处理终端，电池供电模块为各部件供电；
所述车辆姿态信息采集与发送模块包括姿态传感器、姿态数据解析模块和ZigBee姿态信息发送模块、电池供电模块，实现对危险化学品运输车辆姿态信息的实时采集，传感器数据解析并通过ZigBee无线网络实时传递给车载信息处理终端，电池供电模块为各部件供电；
所述液位信息采集与发送模块包括超声波液位传感器、液位数据解析模块和ZigBee液位信息发送模块，实现对液体危险化学品液位信息的实时采集，传感器数据解析并通过ZigBee无线网络实时传递给车载信息处理终端；
所述GPS信息采集与发送模块包括GPS模块、GPS数据解析模块和ZigBee GPS信息发送模块、电池供电模块，实现对危险化学品运输车辆GPS信息的实时采集，传感器数据解析并通过ZigBee无线网络实时传递给车载信息处理终端，电池供电模块为各部件供电；
所述车载电源模块为车载信息处理终端、LCD显示模块、语音播报模块、ZigBee无线信息接收模块、液位信息采集发送模块供电。
2.如权利要求1所述的一种用于危险化学品运输的信息采集与报警装置，其特征在于：所述ZigBee信息发送模块和ZigBee无线传感器信息接收模块采用CC2430芯片，ZigBee无线网络采用2.4G频段。
3.如权利要求1所述的一种用于危险化学品运输的信息采集与报警装置，其特征在于：所述温度传感器采用NTC010HP00（IP67）防寒耐水低功耗传感器。
4.如权利要求1所述的一种用于危险化学品运输的信息采集与报警装置，其特征在于：所述压力传感器采用Asensors公司的AST4100压力传感器。
5.如权利要求1所述的一种用于危险化学品运输的信息采集与报警装置，其特征在于：所述姿态传感器采用OS3D姿态方位跟踪传感器。
6.如权利要求1所述的一种用于危险化学品运输的信息采集与报警装置，其特征在于：所述液位超声波传感器采用HSTL-ES超声波液位传感器。
7.如权利要求1所述的一种用于危险化学品运输的信息采集与报警装置，其特征在于：所述GPS模块采用GAMIN公司的GPS25-LVS模块。
8.如权利要求1所述的一种用于危险化学品运输的信息采集与报警装置，其特征在于：所述LCD显示模块采用7寸LCD触摸显示屏。
9.如权利要求1所述的一种用于危险化学品运输的信息采集与报警装置，其特征在于：所述语音报警模块采用ISD4004语音模块。
10.如权利要求1所述的一种用于危险化学品运输的信息采集与报警装置，其特征在于：所述车载信息处理终端采用的处理器芯片为S3C6410，搭载Linux操作系统。
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