CN109283567A

CN109283567A - 一种氡室周边房间氡浓度连续监控系统

Info

Publication number: CN109283567A
Application number: CN201710601672.1A
Authority: CN
Inventors: 耿冬冬
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-07-21
Filing date: 2017-07-21
Publication date: 2019-01-29

Abstract

发明了一种氡室周边房间氡浓度连续监控系统，系统利用Zigbee无线网络技术，实现了测氡仪和上位机的无线通信；采用了RAD7和P2000两种测氡仪以适应复杂情况，提高了测量精度。系统使用C#语言编写上位机软件，Access数据库记录和保存历史数据。相比于其它无线网络技术，Zigbee具有近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本等特点，可以很好的适用于氡室周边房间氡浓度的连续检测。为准确评估测氡仪检定人员的工作有效剂量提供了一种新的方法。

Description

一种氡室周边房间氡浓度连续监控系统

所属技术领域

本发明涉及一种监控系统，尤其涉及一种氡室周边房间氡浓度连续监控系统。

背景技术

氡是广泛存在于环境中无色、无味的放射性气体，是铀、镭等放射性元素衰变的产物。人们在呼吸过程中，会将空气中的氡及其子体吸人体内，被吸人体内的氡及其子体在衰变过程中会导致以呼吸器官为主的内照射，造成器官损伤。置身于一定浓度氡及其子体的空气中，人体所受到的照射量包括氡的“放射能照射量”和氡子体的“α潜能照射量”或称“暴露量”。氡剂量学研究表明，吸人含氡气体在呼吸道形成的辐射剂量主要不是来自氡α衰变，而是来自氡的短寿命子体²¹⁸Po(RaA)和²¹⁴HPo(RaC)的α衰变。吸入氡子体可以导致对人体的辐射照射，通常称为暴露。在对氡子体的暴露进行剂量评价时，需要把氡子体的暴露量换算成有效剂量。计算公式为：年有效剂量=平衡当量浓度×年照射时间×剂量转换系数；式中：剂量转换系数为9×10^-9(Sv/Bq.h.m^-3)；平衡当量浓度为室内氡浓度与平衡因子的乘积，室内平衡因子为0.4；年照射时间为365×24h×居留因子，居留因子为0.8。

Zigbee是一种短距离、低功耗的无线通信技术，与Wi—Fi、蓝牙、红外等无线通信技术相比，其特点是近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本，主要适用于无线传感器网络、自动控制和远程控制领域，可以嵌人各种设备。Zigbee规范定义了3种类型的设备：协调器、路由器、终端设备。Zigbee协调器是启动和配置网络的一种设备，协调器可以保持间接寻址用的绑定表格，支持关联，同时还能设计信任中心和进行其他活动。协调器负责网络正常工作以及保持同网络其他设备的通信。Zigbee网络层支持星型、树型和网状网络拓扑。

发明内容

本发明的目的是为了准确评估测氡仪检定人员的工作有效剂量并实时监控氡室情况，设计了一种氡室周边房间氡浓度连续监控系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是。

氡室周边房间氡浓度连续监测系统由氡浓度检测系统和氡室实时监视系统两部分组成。前者负责实时监控氡室周围房间氡浓度，并将检测结果上传到PC机。后者对PC机收到的实时数据进行加工处理和存储，并对超限数据及时采取报警处理，便于处理突发事件。在本系统中，测量的是特殊环境氡室周边的氡浓度，而且系统中使用了红外传感器来准确的计算检定人员的工作时间，所以这里的年照射时间取测量的准确的一年内的工作时间。

所述的氡浓度连续检测系统由PC上位机、Zigbee协调器、Zigbee终端设备、两种型号的测氡仪组成，通过串口将两种型号的测氡仪与Zigbee组成的无线传感器网络中的终端没备相连。

所述的两种型号的测氡仪，分别为RAD7型α能谱仪和AlphaGUARD系列P2000测氡仪，其中，前者适用于氡浓度小于100kBq/m³的情况，当氡浓度大于100kBq/m³时，前者线性度不确定，此时采用P2000进行测量，在高浓度情况下其具有更好的准确性。

所述的测氡仪能够通过R232串口与Zigbee终端设备相连，及红外传感器能够和继电器通过I/O口与终端设备相连。

所述的实时监控系统对PC机接收到的数据进行处理、记录和存储，在数据出现超限等异常的情况下控制报警灯和蜂鸣器报警。

所述的Zigbee无线传感器网络采用的是CC2530芯片,采用无线标准双排20针功能引脚，工作于2.4G的ISM频段。

所述的Zigbee网络层采用最简单的星型网络拓扑，网络中有一个协调器设备和两个终端设备。

所述的系统硬件中还包含红外传感器能够和继电器通过I/O口与终端设备相连。

所述的红外传感器采用HR—SR501人体红外感应模块。

所述的系统软件设计主要包括：下位机与上位机之间的串口通信协议、下位机软件、上位机软件。

本发明的有益效果是。

氡室周边房间氡浓度连续监测系统采用了RAD7和P2000两种测氡仪以适应复杂情况，提高了测量精度，采用了Zigbee无线传输技术，具有低功耗、低成本、低复杂度、可在特殊工作环境中安全、长期自动检测，能够为氡室意外状况进行报警，为评估氡室检定人员的安全状况提供有效的数据。经实际测试其工作稳定、有效。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是系统结构框图。

图2是硬件系统组成框图。

图3是终端设备软件流程图。

图4是协调器设备软件流程图。

图5是上位机软件流程图。

具体实施方式

如图1所示，氡室周边房间氡浓度连续监测系统由氡浓度检测系统和氡室实时监视系统两部分组成。前者负责实时监控氡室周围房间氡浓度，并将检测结果上传到PC机。后者对PC机收到的实时数据进行加工处理和存储，并对超限数据及时采取报警处理，便于处理突发事件。在本系统中，测量的是特殊环境氡室周边的氡浓度，而且系统中使用了红外传感器来准确的计算检定人员的工作时间，所以这里的年照射时间取测量的准确的一年内的工作时间。

检测系统由PC上位机、Zigbee协调器、Zigbee终端设备、测氡仪组成。通过串口将测氡仪与Zigbee组成的无线传感器网络中的终端没备相连，测氡仪的数据先传输给终端设备，再通过Zigbee无线模块传输给协调器设备，协调器设备再通过串口传输给PC的上位机；同时终端设备上的红外传感器也将在检定人员进入和离开氡室时发送一个标志到上位机，上位机就获取到了检定人员进入和离开氡室的时间，上位机将解析后的氡浓度数据和时间数据存人数据库，之后就可以通过数据库中得到的的大量氡浓度数据和工作时间数据进一步评估检定人员的有效剂量。

实时监控系统对PC机接收到的数据进行处理、记录和存储，在数据出现超限等异常的情况下控制报警灯和蜂鸣器报警。

如图2所示，系统中的Zigbee无线传感器网络采用的是CC2530芯片，Zigbee无线模块采用无线标准双排20针功能引脚。它采用的是Zigbee片上系统CC2530作为微控制器。Zigbee模块主要由Zigbee芯片，晶振，天线，扩展引脚及LED灯等组成。Zigbee无线模块CC2530工作于2.4G的ISM频段。CC2530是用于IEEE802.15.4、Zigbee和RF4CE应用的一个真正的片上系统(SoC)解决方案。它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。CC2530结合了RF收发器的优良性能、增强型8051CPU、系统内可编程闪存、8kbRAM和许多其他强大的功能；CC2530具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统。运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗。本系统只有4个Zigbee设备，所以本系统采用最简单的星型网络拓扑，网络中有一个协调器设备和两个终端设备。网络由协调器设备控制，它负责发起和维护网络中的其他终端设备，而终端设备直接与协调器通信。

本发明选用了两种型号的测氡仪，分别为RAD7型α能谱仪和AlphaGUARD系列P2000测氡仪，其中，前者适用于氡浓度小于100kBq/m³的情况，当氡浓度大于100kBq/m³时，前者线性度不确定，此时采用P2000进行测量，在高浓度情况下其具有更好的准确性。测氡仪能够通过R232串口与Zigbee终端设备相连，及红外传感器能够和继电器通过I/O口与终端设备相连。

系统软件设计主要包括：下位机与上位机之间的串口通信协议、下位机软件、上位机软件。串口通信协议实现上位机和下位机的通信；下位机软件实现Zigbee芯片的控制和开发、终端设备与测氡仪的通信和对测氡仪传来的有效数据的提取；上位机软件实现对数据的收集、存储和有效剂量的计算。

下位机和上位机软件的应用程序都有相应操作串口的API，在它们两者之间定义一个串口通信的数据格式，就可以实现上位机和下位机的通信，本系统定义了一个32字节的数据格式，开头和结尾各是一个字节的起始和结束标志，命令头用3字节来区分不同的设备的读写操作，分别用8字节和2字节来表示物理地址和网络地址是因为Zigbee的物理地址和网络地址是8字节和2字节的，数据部分16字节用来存储要传送的数据，1字节的校验位用于校验数据传送是否正确。

下位机软件程序是在IAR Embedded Workbench开发环境下通过调用Zigbee协议栈的API编写的C语言程序实现的。由于Zigbee有协调器、路由器、终端设备3种不同的设备，但是由于本系统采用的简单的星型网络，所以程序分为协调器程序和终端设备程序，不同设备的程序分别处理不同的事情。

如图3所示，终端设备控制器收到的信号分为协调器发送过来的Zigbee无线信号、测氡仪通过串口发送过来的氡浓度数据和红外传感器的触发信号3种。Zigbee无线信号又分为控制测氡仪和控制继电器两种，分别是向测氡仪发送读数命令和控制报警灯的关闭。当控制器收到测氡仪发送过来的氡浓度数据时会做出判断，判断是否超过阈值，继而决定是否触发报警灯；同时判断红外传感器是否触发，决定是否将氡浓度数据发送到协调器。即当房间中有工作人员的时候才需要将氡浓度的数据发送到协调器。

如图4所示，协调器设备可收到的信号分为PC通过串口发送过来的控制命令和终端设备发送过来的Zigbee无线信号。

如图5所示，本系统的上位机软件是在Microsoft Visual Sudio2012开发环境下用C#语言实现的。软件界面上可以设置读取测氡仪数据的时间周期，这样每个周期都会向串口发送一条读取测氡仪数据的命令。而当软件收到串口发送过来的数据时，应用程序就会分析数据，得到相应终端设备测定的氡浓度和红外传感器的信号，通过红外传感器的触发时间就可以得到检定人员进入和离开的时间。得到了这些数据应用程序就会将其存人数据库中，供以后计算有效剂量使用。

对本系统进行了可靠性和稳定性测试。通过长时间的运行测试，系统能够稳定的使用Zigbee协议传输数据。上位机能够准确显示下位机传过来的数据，通过上位机界面能够正确控制下位机的传感器。而且在数据库中可以看到大量的数据。当放置5h之后，系统依然能够稳定传输数据。而且当测试距离为10m时，系统仍然能够稳定传输。综上可知本系统能够满足氡室周边房间的需求。

Claims

1.一种氡室周边房间氡浓度连续监控系统，由氡浓度检测系统和氡室实时监视系统两部分组成，前者负责实时监控氡室周围房间氡浓度，并将检测结果上传到PC机；后者对PC机收到的实时数据进行加工处理和存储，并对超限数据及时采取报警处理，便于处理突发事件；在本系统中，测量的是特殊环境氡室周边的氡浓度，而且系统中使用了红外传感器来准确的计算检定人员的工作时间，所以这里的年照射时间取测量的准确的一年内的工作时间。

2.根据权利要求1所述的氡室周边房间氡浓度连续监控系统，其特征是所述的氡浓度连续检测系统由PC上位机、Zigbee协调器、Zigbee终端设备、两种型号的测氡仪组成，通过串口将两种型号的测氡仪与Zigbee组成的无线传感器网络中的终端没备相连。

3.根据权利要求1所述的氡室周边房间氡浓度连续监测系统，其特征是所述的两种型号的测氡仪，分别为RAD7型α能谱仪和AlphaGUARD系列P2000测氡仪，其中，前者适用于氡浓度小于100kBq/m³的情况，当氡浓度大于100kBq/m³时，前者线性度不确定，此时采用P2000进行测量，在高浓度情况下其具有更好的准确性。

4.根据权利要求1所述的氡室周边房间氡浓度连续监测系统，其特征是所述的测氡仪能够通过R232串口与Zigbee终端设备相连，及红外传感器能够和继电器通过I/O口与终端设备相连。

5.根据权利要求1所述的氡室周边房间氡浓度连续监测系统，其特征是所述的实时监控系统对PC机接收到的数据进行处理、记录和存储，在数据出现超限等异常的情况下控制报警灯和蜂鸣器报警。

6.根据权利要求1所述的氡室周边房间氡浓度连续监测系统，其特征是所述的Zigbee无线传感器网络采用的是CC2530芯片,采用无线标准双排20针功能引脚，工作于2.4G的ISM频段。

7.根据权利要求1所述的氡室周边房间氡浓度连续监测系统，其特征是所述的Zigbee网络层采用最简单的星型网络拓扑，网络中有一个协调器设备和两个终端设备。

8.根据权利要求1所述的氡室周边房间氡浓度连续监测系统，其特征是所述的系统硬件中还包含红外传感器能够和继电器通过I/O口与终端设备相连。

9.根据权利要求1所述的氡室周边房间氡浓度连续监测系统，其特征是所述的红外传感器采用HR—SR501人体红外感应模块。

10.根据权利要求1所述的氡室周边房间氡浓度连续监测系统，其特征是所述的系统软件设计主要包括：下位机与上位机之间的串口通信协议、下位机软件、上位机软件。