CN107515277A - 一种无线便携式船舶舱室多气体检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线便携式船舶舱室多气体检测系统，包括检测终端，其布置在每个舱室中的采集节点上，每个所述舱室中设置有若干个采集节点，每个所述采集节点上设置有一个所述检测终端，每个所述舱室中的所述检测终端之间交互连接，每个所述检测终端上设置有第一报警装置和若干气体传感器，每个所述检测终端上设置有定位模块；主端装置，其设置在远端控制室中，所述主端装置的输入端与各个所述舱室的检测终端的输出端通信连接，所述主端装置上设置有第二报警装置和位置显示装置；管理终端，其与所述主端装置连接；以及移动终端，其与所述检测终端通信连接。本发明解决了船舶舱室中气体检测报警信息滞后的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及船舶气体检测技术领域，更具体地说，本发明涉及一种无线便携式船舶舱室多气体检测系统。
背景技术
船舶建造或维修时，通风不良的舱室非常容易产生超浓度的有毒有害气体和易燃易爆气体，对作业人员和船舶设备产生潜在安全隐患。因此，作业人员携带检测设备对舱室内有毒有害及易燃易爆气体进行检测和报警是非常重要的。多人同时作业时，常常需要携带多个气体检测设备，或者在关键位置放置多个气体检测设备。但目前市场上的多气体检测仪均没有无线通讯功能，且无法远程定位和管理，更无法构成全船舱室气体检测系统，当某舱室某位置的发生危险气体泄漏时，同舱室其他作业人员如果得不到及时报警，一旦在这个时间差内发生事故，后果不堪设想；而管理者也应及时得到通知，以便实施应急预案。此外，气体爆炸常常与其所处环境的温度和湿度有关，而目前市场上的检测仪多未予以考虑。综上所述，提出一种无线便携式船舶舱室多气体检测系统显得尤为重要。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种无线便携式船舶舱室多气体检测系统，用于包括船舶舱室在内的工业生产中的环境气体检测和管理，检测终端能够实时地、准确地检测出环境中的目标气体，并与周围的同型设备无线互联，并适时将报警信息以短信形式发送给移动终端和主端装置，主端装置连接计算机，可用配套的专门软件进行管理，解决了船舶舱室中气体检测报警信息滞后的技术问题。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种无线便携式船舶舱室多气体检测系统，包括:
检测终端，其布置在每个舱室中的采集节点上，每个所述舱室中设置有若干个采集节点，每个所述采集节点上设置有一个所述检测终端，每个所述舱室中的所述检测终端之间交互连接，每个所述检测终端上设置有第一报警装置和若干气体传感器，每个所述检测终端上设置有定位模块；
主端装置，其设置在远端控制室中，所述主端装置的输入端与各个所述舱室的检测终端的输出端通信连接，所述主端装置上设置有第二报警装置和位置显示装置；
管理终端，其与所述主端装置连接；以及
移动终端，其与所述检测终端通信连接。
优选的，所述检测终端包括：
信号调理电路，其输入端与所述气体传感器的输出端连接，所述信号调理电路中包含有滤波模块、信号放大模块和稳压模块；
模数转换电路，其输入端连接所述信号调理电路的输出端；
第一微处理器，其设置有若干输入接口，每一路所述气体传感器的输出端经所述信号调理电路和模数转换电路处理后接入到一个所述输入接口中，所述第一微处理器的输出端分别连接有第一显示器、第一声光报警器和第一Flash储存器，所述第一微处理器中设置有阈值比较模块和触发模块；
第一移动通讯单元，其与所述第一微处理器交互连接，所述检测终端通过所述第一移动通讯单元与所述主端装置和移动终端连接；
无线收发单元，其与所述第一微处理器交互连接，所述检测终端通过所述无线收发单元与该舱室中的其他所述检测终端之间交互连接；
第一电池模块，其通过第一电源管理模块连接所述第一微处理器的电源输入端。
优选的，每个所述采集节点上的所述气体传感器至少包括甲烷气体传感器、硫化氢气体传感器、一氧化碳气体传感器和氧气气体传感器，每个气体传感器的采集数据经信号处理后输入到一个所述输入接口中。
优选的，所述第一微处理器上还设置有第一人机交互模块、第一USB接口和若干扩展输入端口，所述第一人机交互模块和第一USB接口分别与所述第一微处理器的输入接口连接。
优选的，所述检测终端上设置有GPS定位模块和电子标签，所述GPS定位模块连接所述第一微处理器的输入接口，所述电子标签中设置有该检测终端的编号信息、舱号信息和位置信息。
优选的，所述主端装置包括：
第二微处理器，其输出端分别连接有第二显示器、第二声光报警器和第二Flash储存器；
第二移动通讯单元，其与所述第二微处理器交互连接，所述主端装置通过所述第二移动通讯单元与所述检测终端上的第一移动通讯单元通信连接；以及
第二电池模块，其通过第二电源管理模块连接所述第二微处理器的电源输入端。
优选的，所述第二微处理器上还设置有第二人机交互模块和第二USB接口，所述第二人机交互模块和第二USB接口分别与所述第二微处理器的输入端连接，所述管理终端通过所述第二USB接口与所述主端装置交互连接。
优选的，所述第一声光报警器和第二声光报警器上分别设置有震动器。
优选的，所述第一微处理器中还设置有传感器自诊断模块和零点校准模块。
优选的，每个舱室中还设置有温湿度传感器，所述温湿度传感器的输出端连接在所述第一微处理器上的输入接口。
本发明至少包括以下有益效果：
1、本发明采用的无线便携式船舶舱室多气体检测系统，结构简单，成本低，实用性强，控制方便，将气体传感器的检测信息实时的传送至检测终端，一旦气体传感器检测到的气体浓度超过阈值时，发生报警，将报警信息同步传送至同型设备、移动终端和主端装置，保证了异常情况得到及时处理，降低了生产危险性；
2、本发明的无线便携式船舶舱室多气体检测系统，一旦发生警情，工作人员即刻可以接收到报警位置，为抢修提供了便捷，控制方法更加灵活。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明系统的整体结构示意图；
图2为检测终端的原理框图；
图3为主端装置的原理框图；
图4为检测终端无线组网示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例一
如图1-4所示，本发明提供一种无线便携式船舶舱室多气体检测系统，包括检测终端、主端装置、管理终端和移动终端。
检测终端布置在每个舱室中的采集节点上，每个所述舱室中设置有若干个采集节点，使得采集节点覆盖每个舱室的主要检测点位，如图4所示，每个所述采集节点上设置有一个所述检测终端，各个采集节点之间交互通信连接，使得信息共享，也就是每个所述舱室中的所述检测终端之间交互连接，每个所述检测终端上设置有第一报警装置和若干气体传感器，用于检测所在点位处可燃气体浓度信号，一旦检测到的可燃气体浓度超过设定值，则将该信息共享到其他采集节点位置处的检测终端中，各个检测终端上的第一报警装置共同发出报警信息，提示工作人员有警情发生，从而保证异常情况得到及时处理，避免事态影响进一步扩大。
主端装置设置在远端控制室中，所述主端装置的输入端与各个所述舱室的检测终端的输出端通信连接，各个舱室中的各个检测终端检测到的检测结果实时汇总到主端装置中，所述主端装置上设置有第二报警装置和位置显示装置21，如果检测终端上检测到有警情发生，则第二报警装置同时报警，提供远端工作人员及时处理，同时位置显示装置显示警情发生位置，便于工作人员及时找到危险源，并及时消除危险。
管理终端与所述主端装置连接，对主端装置上的信息进行管理、分析和储存；移动终端与所述检测终端通信连接，各个所述检测终端上的检测数据可以通过网络无线传送至远端的移动终端，实现远端监控，一旦发生警情，可以同步在移动终端上进行警情提示，工作人员可以在远端实时进行处理。
具体的，所述检测终端中，信号调理电路111的输入端与所述气体传感器的输出端连接，各个气体传感器的检测数据传送至信号调理电路111中，所述信号调理电路111中包含有滤波模块、信号放大模块和稳压模块，各个气体传感器的检测数据经过滤波、信号放大和稳压处理后传送至模数转换电路112中进行模数转换。第一微处理器1上设置有若干输入接口，每一路所述气体传感器的输出端经所述信号调理电路111和模数转换电路112 处理后接入到一个所述输入接口中，所述第一微处理器1的输出端分别连接有第一显示器 192、第一声光报警器193和第一Flash储存器194，所述第一微处理器1中设置有阈值比较模块和触发模块。
第一移动通讯单元172与所述第一微处理器1交互连接，所述检测终端通过所述第一移动通讯单元172与所述主端装置和移动终端连接，第一移动通讯单元172用于检测终端与移动终端和主端装置的通信；无线收发单元196与所述第一微处理器1交互连接，所述检测终端通过所述无线收发单元196与该舱室中的其他所述检测终端之间交互连接，用于信息的共享连接。
第一电池模块15通过第一电源管理模块151连接所述第一微处理器1的电源输入端，为检测终端供电，并进行电源管理，以减小能耗。
本实施例中，每个所述采集节点上，也就是每个检测终端上的所述气体传感器至少包括甲烷气体传感器11、硫化氢气体传感器12、一氧化碳气体传感器13和氧气气体传感器14，每个气体传感器的采集数据经信号调理电路111信号处理、模数转换电路112模数转换后输入到一个所述输入接口中，经过所述第一微处理器1处理判断后，将各个传感器的检测数据结果显示在第一显示器192上，同时通过第一Flash储存器194进行数据储存，所述第一微处理器1中设置有阈值比较模块和触发模块，阈值比较模块中有预先设置的气体浓度阈值，如果检测到的甲烷气体浓度或硫化氢气体浓度或一氧化碳气体浓度超过预设值，或氧气气体浓度低于预设值，则触发模块发出一触发信号，触发第一声光报警器193 进行报警，同时，触发通过无线收发单元196以无线传输方式将报警信号传给现场其他检测终端，进行同步报警，同时通过第一移动通讯单元172将报警信号传送至所述主端装置和移动终端中，进行同步报警，以及时、快速、全面的将警情传送至现场及远端的工作人员，为及时解决警情提供基础。
上述技术方案中，所述第一微处理器1上还设置有第一人机交互模块191、第一USB接口195和若干扩展输入端口，所述第一人机交互模块191和第一USB接口195分别与所述第一微处理器1的输入接口连接，第一人机交互模块191用于工作人员与检测终端的信息交互，第一USB接口195用于信息的读入读出，若干扩展输入端口用于为扩充的传感器提供输入接口。
上述技术方案中，所述检测终端上还设置有GPS定位模块171、电子标签，所述GPS定位模块171连接所述第一微处理器1的输入接口，用于定位该检测终端的位置，以便于找到发生报警的检测终端的位置，所述电子标签中设置有该检测终端的编号信息、舱号信息和位置信息，以便于直观的显示发生警情的检测终端的编号信息、舱号信息和位置信息，以快速找到报警源。
上述技术方案中，所述第一微处理器1中还设置有传感器自诊断模块181和零点校准模块182，传感器自诊断模块181用于对各个传感器进行自诊断，及时发现传感器自身问题，零点校准模块182用于对各个传感器进行零点校准，以提高测量精度。
上述技术方案中，每个舱室中还设置有温湿度传感器16，所述温湿度传感器16的输出端连接在所述第一微处理器1上的输入接口，用于检测舱室内的温湿度，并传送至检测终端中，气体爆炸常常与其所处环境的温度和湿度有关，本发明的检测系统将所处环境的温湿度考虑在内，为警情的危险程度提供参考，以降低风险。
所述主端装置中，第二微处理器2的输出端分别连接有第二显示器25、第二声光报警器26和第二Flash储存器27，第二移动通讯单元22与所述第二微处理器2交互连接，所述主端装置通过所述第二移动通讯单元22与所述检测终端上的第一移动通讯单元172 通信连接，将各个检测终端上的检测数据传送汇集至主端装置中，并将各个传感器的检测数据结果显示、编号及位置信息等显示在第二显示器25上，同时通过第二Flash储存器 27进行数据储存，若有任何一个检测终端上的检测数据超过阈值时，第二声光报警器26 和第一声光报警器193同步进行报警，以实现远端控制室的报警，通过GPS定位模块和位置显示装置21的配合来定位发生警情的位置，以便于快速定位和消除警情。
第二电池模块23通过第二电源管理模块231连接所述第二微处理器2的电源输入端，为主端装置供电，并进行电源管理，以减小能耗。
上述技术方案中，所述第二微处理器2上还设置有第二人机交互模块24和第二USB接口281，所述第二人机交互模块24和第二USB接口281分别与所述第二微处理器2的输入端连接，所述管理终端28通过所述第二USB接口281与所述主端装置交互连接和数据管理，实现信息的交互，第二人机交互模块24用于工作人员与主端装置的信息交互。
上述技术方案中，所述第一声光报警器193和第二声光报警器26上分别设置有震动器，以震动形式同步提醒工作人员警情信息。
本检测系统可用于包括船舶舱室在内的工业生产中的环境气体检测和管理，检测终端能够实时地、准确地检测出环境中的目标气体，并与周围的同型设备无线互联，并适时将报警信息以短信形式发送给主端装置，主端装置连接管理终端，可以为计算机，可用配套的专门软件进行管理。
该检测系统的主要功能如下：
1、检测的目标气体：甲烷(CH4)、一氧化碳(CO)、硫化氢(H2S)、氧气(O2)；
2、无线通信：将采集到的报警信息用无线传输的方式发送给周围的其他同型号检测终端，且注明地址位号；
3、检测到警情的检测终端同时将报警信息和检测终端信息等发送到主端装置或/和移动终端，也就是指定用户手机，保证异常情况及时处理；
4、电源管理：使用AC-DC适配器或USB接口对设备同时进行充电或放电；
5、显示：OLED屏实时显示报警信息、时间、电量等信息；
6、报警：具有声光震三种报警方式；
7、USB通讯：通过USB方式与外部设备通信；
8、供电方式：锂聚合物电池供电；
9、终端报警数据存储与管理；
10、传感器自诊断、零点校准等。
系统包括多个检测终端、一个主端装置和管理终端。检测终端主要完成数据的采集、本地显示和报警、本地组网并无线发送、上传报警信息等功能，主端装置主要完成接收从机数据、显示和报警、与管理终端连接等功能。管理终端用来对所有终端的报警信息进行管理。
各气体传感器完成气体浓度的采集，产生的包括噪声的微弱信号，通过信号调理电路进行滤波、放大、稳压，以便进行A/D转换。调理后的信号仍为模拟信号，再经A/D转换电路将其转换成数字信号。第一微处理器将采集的可燃气体浓度信号、温湿度信号进行处理，通过软件实现补偿和修正，处理后的数据通过无线收发芯片发送给周围的其他同型号检测装置。如果检测到警情，则产生声光报警，同时将报警信息和位置信息等通过第一移动通讯单元发送到指定的主端装置或/和指定用户手机，保证异常情况及时处理。
主端装置主要完成接收各注册终端的报警数据，显示和报警，并上传管理终端。
一旦现场某一台便携式检测终端察觉到危险信号，不仅本机发出报警提示，并且将报警信号通过无线通信的方式通知现场其他相同的便携式检测终端，收到信号的气体检测仪也发出相应报警提示，这样现场工作人员就会第一时间得到警示并采取措施。
系统运用射频识别技术，采用点对多点的通信模式和网状拓扑结构。系统网络可靠性高、共享资源方便，通信信道和传输速率种类较多，网络中每个节点至少与其他两个节点相连，即使一条传输路径发生故障，节点也可以通过另一条路径将信息传出去，其网络结构如图4所示。
在该无线网络中，每一台便携式检测终端都被视为一个采集节点，采集节点具有采集数据、发送数据和接收数据三种模式。任意一个节点都具有数据采集、显示、报警、和发送信息给其他节点的功能，同理任何一个处于空闲状态的采集节点都可以接收其他节点发来的信号。在一个节点采集数据时，检测到的目标气体浓度未超过预设的报警动作值时，无线模块处于低功耗待机模式和接收模式的交替状态，只有在目标气体超过预设的报警动作值时，则该节点立即进入发送模式，通过无线传输将信息发送给其他节点，驱动声光震报警，并将检测到的数据显示屏幕上。
整机采用模块化设计，选择超低功耗单片机作为控制核心，把系统功耗降至最低，将设备续航时间最大化。可燃气体(甲烷)用催化燃烧式传感器检测，一氧化碳、硫化氢、氧气用电化学式传感器检测，将检测出来的电信号经过运算放大处理后送给微控制器的A/D转换模块，将得到的数字信号与该气体预设好的阈值比较，如超过该阈值，则发出报警信号，并通过无线传输方式传给现场其他检测终端。选用LMP91000芯片作为电化学传感器调理电路的核心，用于超低功耗电化学传感器的可编程模拟前端，专门为电化学传感器和微控制器之间提供一个完整的信号处理解决方案。通信模块采用CC1101高性能射频收发器为核心，用于超低功耗应用的RF射频芯片，让现场每台便携式检测终端都作为信号采集节点，同时具备收发功能，组成无线报警网络。采用MCP73871芯片为核心的锂电池充电管理电路，避免由于电源问题而造成的系统故障。报警电路采用声、光、震三种报警方式，警示作用更强。采用4按键电路作为人机交互模块，实现开关机、调零、报警复位等功能。采用USB接口电路，用于检测系统与管理终端，也就是与电脑之间的数据交换与存储。采用SKG12BL作为GPS定位模块，通过移动通讯单元发送警信息，移动通讯单元采用TC35i型模块，温湿度传感器采用DHT11温湿度传感器。
由上所述，本发明的检测系统用于包括船舶舱室在内的工业生产中的环境气体检测和管理，检测终端能够实时地、准确地检测出环境中的目标气体，并与周围的同型设备无线互联，并适时将报警信息以短信形式发送给移动终端和主端装置，主端装置连接计算机，可用配套的专门软件进行管理，解决了船舶舱室中气体检测报警信息滞后的技术问题。本发明结构简单，成本低，实用性强，控制方便，将气体传感器的检测信息实时的传送至检测终端，一旦气体传感器检测到的气体浓度超过阈值时，发生报警，将报警信息同步传送至同型设备、移动终端和主端装置，保证了异常情况得到及时处理，降低了生产危险性；同时，本发明的无线便携式船舶舱室多气体检测系统，一旦发生警情，工作人员即刻可以接收到报警位置，为抢修提供了便捷，控制方法更加灵活。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种无线便携式船舶舱室多气体检测系统，其特征在于，包括：
检测终端，其布置在每个舱室中的采集节点上，每个所述舱室中设置有若干个采集节点，每个所述采集节点上设置有一个所述检测终端，每个所述舱室中的所述检测终端之间交互连接，每个所述检测终端上设置有第一报警装置和若干气体传感器，每个所述检测终端上设置有定位模块；
主端装置，其设置在远端控制室中，所述主端装置的输入端与各个所述舱室的检测终端的输出端通信连接，所述主端装置上设置有第二报警装置和位置显示装置；
管理终端，其与所述主端装置连接；以及
移动终端，其与所述检测终端通信连接。
2.如权利要求1所述的无线便携式船舶舱室多气体检测系统，其特征在于，所述检测终端包括：
信号调理电路，其输入端与所述气体传感器的输出端连接，所述信号调理电路中包含有滤波模块、信号放大模块和稳压模块；
模数转换电路，其输入端连接所述信号调理电路的输出端；
第一微处理器，其设置有若干输入接口，每一路所述气体传感器的输出端经所述信号调理电路和模数转换电路处理后接入到一个所述输入接口中，所述第一微处理器的输出端分别连接有第一显示器、第一声光报警器和第一Flash储存器，所述第一微处理器中设置有阈值比较模块和触发模块；
第一移动通讯单元，其与所述第一微处理器交互连接，所述检测终端通过所述第一移动通讯单元与所述主端装置和移动终端连接；
无线收发单元，其与所述第一微处理器交互连接，所述检测终端通过所述无线收发单元与该舱室中的其他所述检测终端之间交互连接；
第一电池模块，其通过第一电源管理模块连接所述第一微处理器的电源输入端。
3.如权利要求2所述的无线便携式船舶舱室多气体检测系统，其特征在于，每个所述采集节点上的所述气体传感器至少包括甲烷气体传感器、硫化氢气体传感器、一氧化碳气体传感器和氧气气体传感器，每个气体传感器的采集数据经信号处理后输入到一个所述输入接口中。
4.如权利要求3所述的无线便携式船舶舱室多气体检测系统，其特征在于，所述第一微处理器上还设置有第一人机交互模块、第一USB接口和若干扩展输入端口，所述第一人机交互模块和第一USB接口分别与所述第一微处理器的输入接口连接。
5.如权利要求4所述的无线便携式船舶舱室多气体检测系统，其特征在于，所述检测终端上设置有GPS定位模块和电子标签，所述GPS定位模块连接所述第一微处理器的输入接口，所述电子标签中设置有该检测终端的编号信息、舱号信息和位置信息。
6.如权利要求5所述的无线便携式船舶舱室多气体检测系统，其特征在于，所述主端装置包括：
第二微处理器，其输出端分别连接有第二显示器、第二声光报警器和第二Flash储存器；
第二移动通讯单元，其与所述第二微处理器交互连接，所述主端装置通过所述第二移动通讯单元与所述检测终端上的第一移动通讯单元通信连接；以及
第二电池模块，其通过第二电源管理模块连接所述第二微处理器的电源输入端。
7.如权利要求6所述的无线便携式船舶舱室多气体检测系统，其特征在于，所述第二微处理器上还设置有第二人机交互模块和第二USB接口，所述第二人机交互模块和第二USB接口分别与所述第二微处理器的输入端连接，所述管理终端通过所述第二USB接口与所述主端装置交互连接。
8.如权利要求7所述的无线便携式船舶舱室多气体检测系统，其特征在于，所述第一声光报警器和第二声光报警器上分别设置有震动器。
9.如权利要求8所述的无线便携式船舶舱室多气体检测系统，其特征在于，所述第一微处理器中还设置有传感器自诊断模块和零点校准模块。
10.如权利要求9所述的无线便携式船舶舱室多气体检测系统，其特征在于，每个舱室中还设置有温湿度传感器，所述温湿度传感器的输出端连接在所述第一微处理器上的输入接口。
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