CN110057971A - 一种基于物联网的多组份有毒气体监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于物联网的多组份有毒气体监测装置，包括：传感器检测模块：传感器检测模块包括氰化氢、一氧化碳、硫化氢、氮氧化物、氨气、二氧化硫、氰化物及无机粉尘传感器；主控单元模块：主控单元采用嵌入式系统技术构建，单片机作为核心处理器；显示报警模块：HMI人机交互界面实时显示氰化氢、一氧化碳、硫化氢、氮氧化物、氨气、二氧化硫、氰化物及无机粉尘含量；无线传输模块：将单片机处理好的数据通过无线传输技术实时传送至云服务器存储，供手机APP用户随时下载查看，并综合人体体征参数结合大数据分析技术对现场工作人员的健康状况及现场安全等级进行评估。本发明结合实时监测工作人员健康状况同时通过物联网技术将实时传输相关信息。

Description

一种基于物联网的多组份有毒气体监测装置

技术领域

本发明属于智能服务系统领域，涉及物联网技术，尤其是一种基于物联网的多组份有毒 气体监测装置。

背景技术

我国大部分地区刚开始展开对污染场地的修复和治理工作，注意力多集中在重金属污染、 有机物等不同污染场地修复技术上，研发和实施了批新的工艺、技术以及配套装备。但在污 染修复现场存在较多的未知因素，污染场地修复过程中，对于施工人员的人身安全防护尚处 于穿防护服等较初级水平，同时每个人对于有毒环境的耐受能力不一样,如何有效保障施工人 员的安全，消除安全隐患，是污染环境修复作业必须面对的问题。

基于物联网技术发明和建立一套适用于污染场地修复作业的有毒气体多组份在线监测装 置，对于保障施工人员安全，保障修复作业顺利进行具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种使用便捷、易于交互的基 于物联网的多组份有毒气体监测装置。

本发明采用的技术方案是：

一种基于物联网的多组份有毒气体监测装置，包括：

传感器检测模块：传感器检测模块包括氰化氢、一氧化碳、硫化氢、氮氧化物、氨气、 二氧化硫、氰化物及无机粉尘传感器；

主控单元模块：主控单元采用嵌入式系统技术构建，单片机作为核心处理器；

显示报警模块：HMI人机交互界面实时显示氰化氢、一氧化碳、硫化氢、氮氧化物、氨 气、二氧化硫、氰化物及无机粉尘含量；

无线传输模块：将单片机处理好的数据通过无线传输技术实时传送至云服务器存储，供 手机APP用户随时下载查看，并综合人体体征参数结合大数据分析技术对现场工作人员的健 康状况及现场安全等级进行评估，

传感器检测模块直接集成到数据采集和处理电路板上，各传感器直接输出模拟信号，通 过A/D信号变成数字信号通过通讯链路后送入单片机中，单片机将采集到的有毒气体数据通 过RS485传输技术传送至HMI显示屏中，供工作人员随时查看有毒气体数值，并能够更改 报警阈值及重置系统。

而且，所述通讯链路USRAT或者I2C。

而且，所述显示报警模块通过高低电平导通模式连接至单片机主控板，当有毒气体含量 在正常范围时，绿灯有规律闪烁；当有毒气体含量逼近报警阈值时，黄灯有规律闪烁；当有 毒气体含量超过报警阈值时，红灯闪烁并触发蜂鸣器发出刺耳警报声以示警现场工作人员。

而且，一种基于物联网的多组份有毒气体监测装置在进行化工、石油严重的污染场地修 复的应用，把基于物联网的多组份有毒气体监测装置安装在施工作业面附近，每个需要监测 的位置放置一台，使其能够实时监测到施工现场空气中的毒气含量，其实时采集、分析现场 有毒气体含量，其具体的工作过程为：

(1)本装置供电电压为交流220V，打开本装置后面的空气开关，然后按下前面的按钮 开关，系统上电，开始进入初始化和自检流程后进入主界面屏幕，分别显示一氧化碳、氨含 量、二氧化硫、氰化氢、硫化氢、氮氧化物、氰化物及无机粉尘的浓度含量，单位均为μg/m³；

(2)屏幕亮起大约大约一分钟后，传感器初始化完成，系统开始正常工作，在系统程序 控制和调度下，开始周期性的采集各种传感器数据，经过计算、滤波后，显示到HMI上，同 时通过无线网络发送到云服务器中；

(3)在采集数据和发送数据的同时，系统自动根据所预先设置的报警阈值参数进行目前 危险状态的判断和评估，发现有参数超出设置阈值后，驱动声光报警装置进行报警，提醒施 工人员尽快撤离；

(4)数据采集到云服务器后，存入数据库中。用户通过手机APP或者计算机或其他网 络终端，登录云服务器后，可以随时查看目前现场各个监测节点的有毒气体分布情况，分析 评估其变化趋势，以及时发现危险情况，及时调整施工计划，保障施工安全。

本发明优点和积极效果为：

本发明结合人体体征参数的实时监测综合判断工作人员当前健康状况，并能够通过物联 网技术将采集到的数据实时传输到云服务器中供工作人员随时查看。通过数据融合技术对工 作人员健康状态及污染修复作业现场的安全状况作出综合评估。

本发明的技术方向为污染场地修复中基于物联网的多组份有毒气体监测，使用单片机作 为该系统的核心处理器，并结合多种有毒气体传感器及物联网技术。在污染场地修复过程中 对场地内有毒气体含量进行实时监测并将监测到的数据实时传输至云服务器，当有毒气体含 量累积到一定程度超过设定阈值时，触发系统报警装置，并综合人体体征参数，最终达到在 线、实时、准确监测污染场地修复过程中有毒气体含量以保证施工人员人身安全的目的。

附图说明

图1是本发明的系统原理框图；

图2是本发明层次结构图。

具体实施方式

下面通过附图结合具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是 限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种基于物联网的多组份有毒气体监测装置，包括：

传感器检测模块：传感器检测模块包括氰化氢、一氧化碳、硫化氢、氮氧化物、氨气、 二氧化硫、氰化物及无机粉尘传感器。为减小监测装置的体积、便于布置，本发明中传感器 检测模块直接集成到数据采集和处理电路板上，使其便于携带、安装和固定。传感器直接输 出模拟信号，通过A/D信号变成数字信号后送入单片机中，经过标定后校正后，得到准确的 测量值。当系统初始化完成后，各传感器开始采集污染土修复现场的毒气参数，通过通讯链 路传送至单片机中进行处理。

主控单元模块：主控单元采用嵌入式系统技术构建，单片机作为核心处理器。传感器外 围模块通过USRAT、或者12C等数据链路同单片机通讯，把采集到的数据传输到单片机中。 对各个传感器进行标定和校正后，获得实际的测量数据，然后同预先设定的危险报警阈值相 对比，发现有毒气体浓度超标后，通过显示模块发出声光报警信息，通知施工人员撤离。将 采集到的有毒气体参数传送至HMI人机交互界面进行展示，同时通过无线网路将数据实时传 输至云服务器中，实现数据的在线采集。

显示报警模块：HMI人机交互界面实时显示氰化氢、一氧化碳、硫化氢、氮氧化物、氨 气、二氧化硫、氰化物及无机粉尘含量，单片机将采集到的有毒气体数据通过RS485传输技 术传送至HMI显示屏中，供工作人员随时查看有毒气体数值，并能够更改报警阈值及重置系 统。报警模块通过高低电平导通模式连接至单片机主控板，当有毒气体含量在正常范围时， 绿灯有规律闪烁；当有毒气体含量逼近报警阈值时，黄灯有规律闪烁；当有毒气体含量超过 报警阈值时，红灯闪烁并触发蜂鸣器发出刺耳警报声以示警现场工作人员。

无线传输模块：将单片机处理好的数据通过无线传输技术实时传送至云服务器存储，供 手机APP用户随时下载查看，并综合人体体征参数结合大数据分析技术对现场工作人员的健 康状况及现场安全等级进行评估。

为解决工作人员安全保障问题，基于物联网技术及数据融合技术设计出一套多组份有毒 气体监测装置，当现场存在的有毒气体含量超过预设值立即报警，并结合工作人员生命体征 参数实时监测，最终达到保障在污染场地修复作业中工作人员人身安全的目的。该装置的总 体架构如图1所示，现场采集到的氰化氢、一氧化碳、硫化氢、氮氧化物、氨气、二氧化硫、 氰化物及无机粉尘等有毒气体经主控单元模块处理后通过RS485通讯技术传输至显示报警模 块中，同时通过RS232通讯技术将数据传送至DTU(Data Transfer unit)即数据传输单元中， DTU通过无线通讯技术将数据传送至云服务器中，手机用户可以通过APP实时查看污染场地 现场情况及体征参数相关数据。从而实现对污染场地修复现场中有毒气体含量在线、实时、 准确、智能地监控，最终达到保障工作人员人身安全的目的。

在进行化工、石油等严重的污染场地修复时，把本发明涉及的装置根据需要安装在施工 作业面附近，每个需要监测的位置放置一台，尽量靠近施工所在区域，使其能够实时监测到 施工现场空气中的毒气含量。同时安排由专人负责维护和操作，保证系统供电正常、同时注 意防止雨水等异常情况，使得修复施工过程中本系统正常工作。本系统实时采集、分析现场 有毒气体含量具体的工作过程为：

(1)本装置供电电压为交流220V，打开本装置后面的空气开关，然后按下前面的按钮 开关，系统上电，开始进入初始化和自检流程后进入主界面屏幕，分别显示一氧化碳、氨含 量、二氧化硫、氰化氢、硫化氢、氮氧化物、氰化物及无机粉尘的浓度含量，单位均为μg/m³。

(2)屏幕亮起大约大约一分钟后，传感器初始化完成，系统开始正常工作，在系统程序 控制和调度下，开始周期性的采集各种传感器数据，经过计算、滤波等必要的数据处理后， 显示到HMI上，同时通过无线网络发送到云服务器中。

(3)在采集数据和发送数据的同时，系统自动根据所预先设置的报警阈值参数等进行目 前危险状态的判断和评估，发现有参数超出设置阈值后，驱动声光报警装置进行报警，提醒 施工人员尽快撤离。

(4)数据采集到云服务器后，存入数据库中。用户通过手机APP或者计算机等其他网 络终端，登录云服务器后，可以随时查看目前现场各个监测节点的有毒气体分布情况，分析 评估其变化趋势，以及时发现危险情况，及时调整施工计划，保障施工安全。

每一个有毒气体含量都会预先设定一个报警阈值，该值可以通过HMI在现场设置，也可 以通过手机APP等在远程设置；当污染修复现场的有毒气体含量超出了所设置的报警阈值时， 各个监测模块及时报警，同时在手机APP上自动提醒管理人员，及时响应和处理，启动应急 预案，保障施工安全。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不 脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本 发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (5)

1.一种基于物联网的多组份有毒气体监测装置，其特征在于：包括：

传感器检测模块：传感器检测模块包括氰化氢、一氧化碳、硫化氢、氮氧化物、氨气、二氧化硫、氰化物及无机粉尘传感器；

主控单元模块：主控单元采用嵌入式系统技术构建，单片机作为核心处理器；

显示报警模块：HMI人机交互界面实时显示氰化氢、一氧化碳、硫化氢、氮氧化物、氨气、二氧化硫、氰化物及无机粉尘含量；

无线传输模块：将单片机处理好的数据通过无线传输技术实时传送至云服务器存储，供手机APP用户随时下载查看，并综合人体体征参数结合大数据分析技术对现场工作人员的健康状况及现场安全等级进行评估，

传感器检测模块直接集成到数据采集和处理电路板上，各传感器直接输出模拟信号，通过A/D信号变成数字信号通过通讯链路后送入单片机中，单片机将采集到的有毒气体数据通过RS485传输技术传送至HMI显示屏中，供工作人员随时查看有毒气体数值，并能够更改报警阈值及重置系统。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的多组份有毒气体监测装置，其特征在于：所述通讯链路USRAT或者I2C。

3.根据权利要求1所述的基于物联网的多组份有毒气体监测装置，其特征在于：所述显示报警模块通过高低电平导通模式连接至单片机主控板，当有毒气体含量在正常范围时，绿灯有规律闪烁；当有毒气体含量逼近报警阈值时，黄灯有规律闪烁；当有毒气体含量超过报警阈值时，红灯闪烁并触发蜂鸣器发出刺耳警报声以示警现场工作人员。

4.一种基于物联网的多组份有毒气体监测装置在进行化工、石油严重的污染场地修复的应用，其特征在于：把基于物联网的多组份有毒气体监测装置安装在施工作业面附近，每个需要监测的位置放置一台，使其能够实时监测到施工现场空气中的毒气含量，其实时采集、分析现场有毒气体含量。

5.根据权利要求4所述的基于物联网的多组份有毒气体监测装置在进行化工、石油严重的污染场地修复的应用，其特征在于：具体的工作过程为：

(1)本装置供电电压为交流220V，打开本装置后面的空气开关，然后按下前面的按钮开关，系统上电，开始进入初始化和自检流程后进入主界面屏幕，分别显示一氧化碳、氨含量、二氧化硫、氰化氢、硫化氢、氮氧化物、氰化物及无机粉尘的浓度含量，单位均为μg/m³；

(2)屏幕亮起大约大约一分钟后，传感器初始化完成，系统开始正常工作，在系统程序控制和调度下，开始周期性的采集各种传感器数据，经过计算、滤波后，显示到HMI上，同时通过无线网络发送到云服务器中；

(3)在采集数据和发送数据的同时，系统自动根据所预先设置的报警阈值参数进行目前危险状态的判断和评估，发现有参数超出设置阈值后，驱动声光报警装置进行报警，提醒施工人员尽快撤离；

(4)数据采集到云服务器后，存入数据库中。用户通过手机APP或者计算机或其他网络终端，登录云服务器后，可以随时查看目前现场各个监测节点的有毒气体分布情况，分析评估其变化趋势，以及时发现危险情况，及时调整施工计划，保障施工安全。