CN110517454A - 氮、硫化物有害气体监控系统及监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氮、硫化物有害气体监控系统及监控方法，系统包括气体传感器，用于检测有害气体浓度并将其转换为电信号；第一Arduino模块，与所述气体传感器的电信号输出端连接，用于接收气体传感器发送的电信号，对其进行数值转换，并与所设置的气体浓度阈值进行比较；第一zigbee模块，与所述第一Arduino模块的信号输出端电连接，用于无线传输第一Arduino模块发送的气体浓度信号；监控预警模块，与所述第一zigbee模块无线连接，用于实时监测有害气体浓度及进行预警控制操作。本发明将传感器技术与计算机技术相结合，安全性和实时性高。可应用于农业、工业(石油化工、煤矿、炼钢等)、家庭室内等方面的检测和报警，应用前景广泛，符合目前低碳环保节能减排的趋势。

Description

氮、硫化物有害气体监控系统及监控方法

技术领域

本发明涉及有害气体监控领域，尤其涉及一种氮、硫化物有害气体监控系统，同时还涉及一种氮、硫化物有害气体监控方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，人们对生活水平和空气质量提出了更大挑战。通常,密闭空间内都可能会存在很多的有害气体，它既可以是在密闭空间内已经存在的，也可能是在工作过程中产生的。有时，某些物质的短期突然挥发还会出现一些莫名其妙的物质，因此密闭空间内的有害气体的种类可能是多种多样的。人在其中所待的时间和有害气体的存在浓度有一定的关系，超过这些规定的暴露水平就会对人身安全构成极大的威胁。石油化工、煤矿、炼钢等部门的工作人员经常接触一些有害气体，如二氧化氮、一氧化碳、甲醇等等。此工作环境中这些有害气体对人体的危害极大，短时间内呼吸就会使人咽痛、咳嗽，长时间呼吸会引起其他身体器官的衰竭，严重时导致反射性心跳停止而死亡。生产过程中经常因这些有害气体的外泄和浓度过大造成重大事故。而且在在商场或居民住宅，一旦发生有害气体的泄漏，将会对人员及财产安全产生极大的影响。同时如今常生活中，室外空气污染严重，导致室内的空气也不健康，而人们在室内的时间则多于室外，因而室内更容易发生有害气体危害人们健康的事故。项目团队成员研究的硫化物有害气体监控系统可以检测室内有害气体。

目前，监控系统的性能及功能的发展趋势将主要表现在以下三个方面：第一灵敏度和气体的选择性精度，第二分析仪器向微型化、智能化、低价格的方向发展，第三现场采样分析检测仪器越来越重视。通过对部分国内外现有的研究成果的分析，现有的硫化物有害气体检测方法和技术具有以下特点：检测原理多样性，检测仪器功能各异，检测精度和检测场合的运用。但多数的检测设备仪器复杂、成本高、检测过程复杂繁琐，过分的依赖人工操作，检测数据进行处理，使得检测周期长，不能做到在线检测的效果。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种氮、硫化物有害气体监控系统，本发明的第二目的在于提供一种氮、硫化物有害气体监控方法，以实现农业、工业、家庭中对于氮、硫化物有害气体浓度的检测和警报，从保障了工作人员、家庭成员等生命安全。

技术方案：一种氮、硫化物有害气体监控系统，包括

气体传感器，用于检测有害气体浓度并将其转换为电信号；

第一Arduino模块，与所述气体传感器的电信号输出端连接，用于接收气体传感器发送的电信号，对其进行数值转换，并与所设置的气体浓度阈值进行比较；

第一zigbee模块，与所述第一Arduino模块的信号输出端电连接，用于无线传输第一Arduino模块发送的气体浓度信号；

监控预警模块，与所述第一zigbee模块无线连接，用于实时监测有害气体浓度及进行预警控制操作。

进一步的，所述监控预警模块包括报警器，该报警器包括

第二zigbee模块，与所述第一zigbee模块无线连接；

第二Arduino模块，与所述第二zigbee模块电连接，通过第二zigbee模块接收第一Arduino模块发送的气体浓度信号，用于核验气体浓度值是否超过气体浓度阈值，当确定超出阈值时，输出控制信号；

蜂鸣器，与所述第二Arduino模块连接，由第二Arduino模块的控制信号控制，用于在气体浓度超出安全值时进行报警。

进一步的，所述监控预警模块还包括远程监测站，所述远程监测站通过第一zigbee模块与第一Arduino模块建立无线连接，用于实时监控气体浓度及进行数据分析和存储。

系统还包括通风系统，水泵系统，均由远程监测站控制。

一种氮、硫化物有害气体监控方法，包括如下步骤：

步骤1、构建气体监控系统；其中，传感器、第一Arduino模块和第一zigbee模块和报警器设置于待监测现场；

步骤2、传感器检测到有害气体后，将浓度值转换为电信号，发送至第一Arduino模块；

步骤3、第一Arduino模块对气体浓度信号进行数值转化，通过第一zigbee模块向远程监测站发送气体浓度值，同时，第一Arduino模块将气体浓度值与预先设置的气体浓度阈值进行比较；

步骤4、当气体浓度值超过阈值时，第一Arduino模块通过第一zigbee模块、第二zigbee模块向第二Arduino模块发送气体浓度值；

步骤5、第二Arduino模块对气体浓度值进行核验，当核验得气体浓度值未超过阈值时，返回步骤3；当核验得气体浓度值超过阈值时，进行步骤6；

步骤6、第二Arduino模块输出控制信号，驱动蜂鸣器动作，提示现场人员疏离现场或者及时阻止气体泄漏；同时，远程监测站启动相应的安全应急措施。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著进步：1、使用了无线传感技术，可以进行远距离传输信息，通过无线遥测的方法，使远方的监测站可靠地获得室内各种有害气体的环境数据。2、现场预警与后台监控相结合，如果浓度值过大即使没有超过预警值，后台监控端也会提前注意到，提醒监测现场人员防范，将传感器技术与计算机技术相结合，可直接对被控设备进行控制或输出数据至任何电子模拟控制器，依据监测的目标值控制相应的水泵或者通风系统，系统安全性和实时性高，可帮助企业实现绿色生产。3、可实现与计算机及其他控制系统的联网，对每个测量环境通风系统的集中智能化管理。4、本监控系统可应用于农业、工业(石油化工、煤矿、炼钢等)、家庭室内等方面的检测和报警，应用前景广泛，符合目前低碳环保节能减排的趋势，促进了钢铁冶金行业节能减排的企业自身完善。

附图说明

图1为本发明的监控原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明对技术方案做详细的说明。

如图1所示，一种氮、硫化物有害气体监控系统，包括气体传感器、Arduino、zigbee、报警器和监测站。

根据现场监测需求，在不同待监测地点设置相应的气体传感器，每一个气体传感器可独立连接连接一个Arduino开发板，也可以多个气体传感器集中连接到一个Arduino上；其中，气体传感器可选用MQ135半导体空气污染气体传感器、MQ-2半导体可燃气体传感器、MQ-3酒精气体传感器、催化燃烧式气体传感器、氧化锆氧量传感器、磁性氧量分析传感器或者红外式气体传感器。

传感器端的Arduino统一连接一个zigbee(无限发射接收模块)作为发射器，报警器端作为接收端，也包含一个zigbee、一个或多个Arduino开发板，以及一个或多个蜂鸣器。传感器端的Arduino和报警器端的Arduino均设置有对应气体的浓度阈值。

每一个气体传感器负责测量不同的有害气体浓度，并将检测到的有害气体浓度转换成相应的电信号,传感器的Arduino通过zigbee模块与后台监控站连接，实时向其传输不同气体的浓度值。当多个传感器连接同一Arduino时，可通过Arduino编程语言来设置各个气体的浓度安全阈值，若某种气体的浓度达到一定的浓度值，传感器端的Arduino会通过zigbee模块将向报警器端的Arduino输出该气体的浓度值，报警器端的Arduino对其进行核实，确认是否超过安全阈值，若超过，则输出控制信号，由该控制信号触发蜂鸣器发出报警信号，从而提示工作人员采取必要的解决措施，及时阻止气体泄漏。同时，后台监控端由于实时监控着每个传感器的测量值，也能及时发现哪种有害气体浓度值过高，从而采取相应的应急措施。为了及时控制有害气体的浓度，可以在现场安装一些风扇和水泵，一旦发生紧急情况，首先启动风扇和水泵进行初步的处理，进一步优选的，风扇和水泵可由现场工作人员手动启动，也可以由远端的监测站控制启动。

如上文所述，后台监控系统可实时显示每一种有害气体的浓度，并对每个传感器测得的数据进行收集、处理和存储。具体来讲，后台可以通过平均值计算，确定在某一气体在某个时间段处于较高数值，从而提醒工作人员采取预警防范措施，若数值的高低不定则要自检系统的内部是否出现问题。

也可根据实际情况，通过Arduino限定每种气体的检测区间范围值，如若产生的数值不在设定区间内，即数值过高或者过低，即输出显示异常，从而实现传感器本身的自查。

综上，本发明系统主要功能内容包括:数据信号采集、开始测量、控制浓度、实施报警，主要适用于农业、工业(石油化工、煤矿、炼钢等)、家庭室内等方面的检测和报警。系统主要采用气体类检测模块，通过无线遥测的方法，使远方的监测站可靠地获得室内各种有害气体的环境数据。采用无线遥测技术实时采集和记录待监区域内的有害气体，为了能够进一步分析有害气体对人员身心健康的影响，也可以测量如温湿度状态参数和其他环境参数。能够在设定好的有害气体浓度阈值下实施报警。并且，能够将如硫化物等有害气体监控系统的从实验室阶段进入产业化阶段。

Claims (8)

1.一种氮、硫化物有害气体监控系统，其特征在于：包括

气体传感器，用于检测有害气体浓度并将其转换为电信号；

第一Arduino模块，与所述气体传感器的电信号输出端连接，用于接收气体传感器发送的电信号，对其进行数值转换，并与所设置的气体浓度阈值进行比较；

第一zigbee模块，与所述第一Arduino模块的信号输出端电连接，用于无线传输第一Arduino模块发送的气体浓度信号；

监控预警模块，与所述第一zigbee模块无线连接，用于实时监测有害气体浓度及进行预警控制操作。

2.根据权利要求1所述的氮、硫化物有害气体监控设备，其特征在于：所述监控预警模块包括报警器，该报警器包括

第二zigbee模块，与所述第一zigbee模块无线连接；

第二Arduino模块，与所述第二zigbee模块电连接，通过第二zigbee模块接收第一Arduino模块发送的气体浓度信号，用于核验气体浓度值是否超过气体浓度阈值，当确定超出阈值时，输出控制信号；

蜂鸣器，与所述第二Arduino模块连接，由第二Arduino模块的控制信号控制，用于在气体浓度超出安全值时进行报警。

3.根据权利要求1所述的氮、硫化物有害气体监控设备，其特征在于：所述监控预警模块还包括远程监测站，所述远程监测站通过第一zigbee模块与第一Arduino模块建立无线连接，用于实时监控气体浓度及进行数据分析和存储。

4.根据权利要求3所述的氮、硫化物有害气体监控系统，其特征在于：包括通风系统。

5.根据权利要求3所述的氮、硫化物有害气体监控系统，其特征在于：包括和水泵系统。

6.根据权利要求4所述的氮、硫化物有害气体监控系统，其特征在于：所述通风系统由远程监测站控制。

7.根据权利要求5所述的氮、硫化物有害气体监控系统，其特征在于：所述水泵系统由远程监测站控制。

8.一种基于如权利要求3所述有害气体监控系统的氮、硫化物有害气体监控方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、构建气体监控系统；其中，传感器、第一Arduino模块和第一zigbee模块和报警器设置于待监测现场；

步骤2、传感器检测到有害气体后，将浓度值转换为电信号，发送至第一Arduino模块；

步骤3、第一Arduino模块对气体浓度信号进行数值转化，通过第一zigbee模块向远程监测站发送气体浓度值，同时，第一Arduino模块将气体浓度值与预先设置的气体浓度阈值进行比较；

步骤4、当气体浓度值超过阈值时，第一Arduino模块通过第一zigbee模块、第二zigbee模块向第二Arduino模块发送气体浓度值；

步骤5、第二Arduino模块对气体浓度值进行核验，当核验得气体浓度值未超过阈值时，返回步骤3；当核验得气体浓度值超过阈值时，进行步骤6；

步骤6、第二Arduino模块输出控制信号，驱动蜂鸣器动作，提示现场人员疏离现场或者及时阻止气体泄漏；同时，远程监测站启动相应的安全应急措施。