CN112954634A - 一种基于wsn的化工企业有毒气体泄漏监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于WSN的化工企业有毒气体泄漏监测装置，包括无线传感器节点和网络协调器，所述无线传感器节点包括外壳，所述外壳内部安装有线路板，所述线路板的表面通过锡焊接有控制模块、气体传感器、射频前端和电源模块。有益效果：通过气体传感器进行多种有毒有害气体浓度的检测，并能够通过ZigBee网络或GPRS模块进行数据传输，且能够将数据传输至云端，实现对检测数据的整体监控；具有体积小、低功耗、组网灵活、布置方便等特点，适用于工业控制和环境监测等，特别是在一些环境恶劣、不利于布线的场合；在工业监测方面，能够替代局限性较高的传统有线监测方式或人工巡检方式，应用于气体浓度的远程监测、预警和控制。

Description

一种基于WSN的化工企业有毒气体泄漏监测装置
技术领域
本发明属于气体监测技术领域，特别涉及一种基于WSN的化工企业有毒气体泄漏监测装置。
背景技术
目前，大气环境面临着严峻的形势，化工企业生产排放的废气加剧了环境的污染，严重影响着人民的身体健康。近年来，化工企业发生的重大事故屡见不鲜，给国家和人民带来巨大的损失。化工企业在生产过程中有些有毒有害的气体，一旦泄漏被人接触到，将影响到人的身体健康，甚至危及生命安全，同时影响到企业正常的生产和效益。
化工企业生产现场环境差，情况复杂，加之，检修和巡检不到位会导致不能及时发现故障隐患，一些有毒有害气体如苯、氮氧化合物等，甚至有些无色无味的有害物质，一旦泄漏很难及时发现，泄漏现场浓度事先也并不知道，造成污染环境，可能给员工和周围的居民带来严重的后果。因此需要对有毒有害气体进行监测。
而现有的化工企业有毒有害气体监控设备，大部分使用网络视频监控或采用定期进行检修的办法。网络视频过分依赖以电线电缆为基础的通信设施，可拓展性不足，监控迟缓且对环境感知能力差，定期进行检修这种方法存在检修过度和维修不到位的缺点，存在严重的安全隐患。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于WSN的化工企业有毒气体泄漏监测装置。
为了解决上述问题，本发明提供了一种技术方案：
一种基于WSN的化工企业有毒气体泄漏监测装置，包括无线传感器节点和网络协调器，所述无线传感器节点的数量为若干个，所述无线传感器节点包括外壳，所述外壳内部安装有第一线路板，所述第一线路板的表面通过锡焊接有控制模块、气体传感器、射频前端和第一电源模块，所述气体传感器与所述控制模块电连接，所述气体传感器和所述控制模块均与所述第一电源模块电连接，所述射频前端与所述控制模块电连接，用于对数据进行收发，所述控制模块的型号为CC2530EM，所述外壳表面设置有第一JTAG调试接口，所述第一JTAG调试接口的内端伸入所述外壳内部，所述第一JTAG调试接口内端通过锡焊接在所述第一线路板表面，且与所述控制模块电连接，用于对数据进行输入和导出；
所述网络协调器包括壳体，所述壳体内部固定安装第二线路板，所述第二线路板的表面通过锡焊接有GPRS模块和微处理器，所述GPRS模块外部通过CC2591连接有用于接入互联网与网络后台服务器的GPRS天线，所述壳体外侧固定安装有LED指示灯，所述LED指示灯与所述GPRS模块电连接，所述CC2591和所述GPRS模块均与所述第二电源模块电连接，用于为所述CC2591和所述GPRS模块提供电力，所述GPRS模块和所述微处理器之间通过RS-232接口相互连接。
作为优选，相邻两个所述无线传感器节点之间连通，相邻两个所述传感器节点之间的距离小于10米，所述无线传感器节点的通信范围为圆形，多个所述无线传感器节点连接后构成一个正六边形的蜂窝结构，这些正六边形可无缝覆盖二维平面。
作为优选，每个生产设备分别部署一个独立的所述无线传感器节点，所述无线传感器节点的采集数据通过所述网络协调器将数据发送至客户端，其中发送方式为网络发送或者所述GPRS模块上传至云端。
作为优选，所述气体传感器的型号为CITYTECH或者sixsensor。
作为优选，所述微处理器的型号为CC2530SoC，用以增加传输距离，第二电源模块提供5V电压，3A电流。
作为优选，所述外壳表面设置有第二JTAG调试接口，所述第二JTAG调试接口为金属接口，且与所述外壳卡接配合，所述第二JTAG调试接口的内端伸入所述外壳内部，所述第二JTAG调试接口内端通过锡焊接在所述第一线路板表面，且与所述微处理器电连接，用于对数据进行输入和导出。
作为优选，所述无线传感器节点通过ZigBee网络进行网络上传并传输至所述网络协调器。
本发明的有益效果：
1、本装置综合无线传感器节点和网络协调器，通过气体传感器进行多种有毒有害气体浓度的检测，并能够通过ZigBee网络或GPRS模块进行数据传输，且能够将数据传输至云端，实现对检测数据的整体监控；
2、具有体积小、低功耗、组网灵活、布置方便等特点，适用于工业控制和环境监测等，特别是在一些环境恶劣、不利于布线的场合，无线传感网络的优势更加明显；在工业监测方面，能够替代局限性较高的传统有线监测方式或人工巡检方式，应用于气体浓度的远程监测、预警和控制。
附图说明：
为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。
图1为本装置中内部结构示意图；
图2为本装置中无线传感器节点结构图；
图3为本装置中蜂窝状网络结构图；
图4为本装置中网络协调器模块图。
图中：1、无线传感器节点；101、外壳；102、第一线路板；103、控制模块；104、气体传感器；105、射频前端；106、第一电源模块；107、第一JTAG调试接口；2、网络协调器；201壳体；202、第二线路板；203、GPRS模块；204、微处理器；205、CC2591；206、GPRS天线；207、LED指示灯；208、第二电源模块；209、第二JTAG调试接口。
具体实施方式：
如图1-4所示，本具体实施方式采用以下技术方案：一种基于WSN的化工企业有毒气体泄漏监测装置，包括无线传感器节点1和网络协调器2，无线传感器节点1的数量为若干个，无线传感器节点1包括外壳101，外壳101内部安装有第一线路板102，第一线路板102的表面通过锡焊接有控制模块103、气体传感器104、射频前端105和第一电源模块106，气体传感器104与控制模块103电连接，气体传感器104和控制模块103均与第一电源模块106电连接，射频前端105与控制模块103电连接，用于对数据进行收发，控制模块103的型号为CC2530EM，外壳101表面设置有第一JTAG调试接口107，第一JTAG调试接口107的内端伸入外壳101内部，第一JTAG调试接口107内端通过锡焊接在第一线路板102表面，且与控制模块103电连接，用于对数据进行输入和导出；
网络协调器2包括壳体201，壳体201内部固定安装第二线路板202，第二线路板202的表面通过锡焊接有GPRS模块203和微处理器204，GPRS模块203外部通过CC2591205连接有用于接入互联网与网络后台服务器的GPRS天线206，壳体201外侧固定安装有LED指示灯207，LED指示灯207与GPRS模块203电连接，CC2591205和GPRS模块203均与第二电源模块208电连接，用于为CC2591205和GPRS模块203提供电力，GPRS模块203和微处理器204之间通过RS-232接口相互连接。
具体的，相邻两个无线传感器节点1之间连通，相邻两个传感器节点之间的距离小于10米，无线传感器节点1的通信范围为圆形，多个无线传感器节点1连接后构成一个正六边形的蜂窝结构，这些正六边形可无缝覆盖二维平面，这样设置，由于每个传感器节点的有效通信距离为10米，当多个无线传感器节点1连接后构成一个正六边形的蜂窝结构后，能够到达对二维平面的全面覆盖，保证了无线传感器节点1连接后的的检测效果，避免了检测盲点的存在。
具体的，每个生产设备分别部署一个独立的无线传感器节点1，无线传感器节点1的采集数据通过网络协调器2将数据发送至客户端，其中发送方式为网络发送或者GPRS模块203上传至云端。
具体的，气体传感器104的型号为CITYTECH或者sixsensor，这样设置，CITYTECH或者sixsensor的气体传感器104具有功耗小、灵敏度高、线性特性好、选择性高、性能稳定可靠的特点，能够检测氨、一氧化碳、二氧化硫、氨气的预警浓度40ppm，响应时间150秒。
具体的，微处理器204的型号为CC2530SoC，用以增加传输距离，第二电源模块208提供5V电压，3A电流，这样设置，能够通过微处理器204能够对无线传感器节点1发送来的数据融合与处理，数据的计算效率高，降低网络延迟，通过GPRS/Internet将数据上传到云端。
具体的，外壳101表面设置有第二JTAG调试接口209，第二JTAG调试接口209为金属接口，且与外壳101卡接配合，第二JTAG调试接口209的内端伸入外壳101内部，第二JTAG调试接口209内端通过锡焊接在第一线路板102表面，且与微处理器204电连接，用于对数据进行输入和导出，这样设置，第二JTAG调试接口209为金属接口，且与外壳101卡接配合，能够实现对第二JTAG调试接口209的固定，且第二JTAG调试接口209内端连线通过焊锡焊接在电路板表面，固定效果好。
具体的，无线传感器节点1通过ZigBee网络进行网络上传并传输至网络协调器2，这样设置，无线传感器节点1相当于无线传感基站模块，在ZigBee网络中充当路由节点，同时也是定位节点，将定位信息路由至网络协调器2，网络协调器2接收来自路由节点的数据，并将数据通过GPRS网络发送至远程管理系统，从而能够将一个ZigBee模块和GPRS模块203集成在一起通过串口线RS232连接，ZigBee模块收到的数据从串口输出，然后进入GPRS模块203的串口，通过微处理器204进行处理以及协议封装，由GPRS天线206发送出去。无线网络传输通过GPRS模块203接入网络，从而GPRS天线206的网关支持节点GGSN接入Internet，GGSN提供了GPRS网络和Internet的无缝连接。
具体的：一种基于WSN的化工企业有毒气体泄漏监测装置，使用时，通过螺栓或者胶粘等方式对无线传感器节点1进行安装固定，使无线传感器节点1在工作区域范围内部不存在盲点，通过第一JTAG调试接口107与外部检测设备进行连接，从而对无线传感器节点1的检测区域进行调试，通过射频前端105能够将无线传感器节点1的检测数据信息通过ZigBee网络或者GPRS信号发送至网络协调器2，网络协调器2用于建立和维护ZigBee网络，同时充当网关，接收云端命令并能够将将无线传感器节点1的检测数据信息向上位机传递，并通过微处理器204对无线传感器节点1发送来的数据融合与处理，通过GPRS/Internet将数据上传到云端，云端能够可靠地接收WSN网络采集到的数据；本装置满足化工企业生产区域环境多参数监测的需求，能够通过气体传感器104对多种有毒气体的浓度进行检测，且能够通过网络实时传播，本装置简单、可靠、经济，具有很好的应用前景；本装置综合无线传感器节点1和网络协调器2，通过气体传感器104进行多种有毒有害气体浓度的检测，并能够通过ZigBee网络或GPRS模块203进行数据传输，且能够将数据传输至云端，实现对检测数据的整体监控；具有体积小、低功耗、组网灵活、布置方便等特点，适用于工业控制和环境监测等，特别是在一些环境恶劣、不利于布线的场合，无线传感网络的优势更加明显；在工业监测方面，能够替代局限性较高的传统有线监测方式或人工巡检方式，应用于气体浓度的远程监测、预警和控制。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于WSN的化工企业有毒气体泄漏监测装置，其特征在于：包括无线传感器节点（1）和网络协调器（2），所述无线传感器节点（1）的数量为若干个，所述无线传感器节点（1）包括外壳（101），所述外壳（101）内部安装有第一线路板（102），所述第一线路板（102）的表面通过锡焊接有控制模块（103）、气体传感器（104）、射频前端（105）和第一电源模块（106），所述气体传感器（104）与所述控制模块（103）电连接，所述气体传感器（104）和所述控制模块（103）均与所述第一电源模块（106）电连接，所述射频前端（105）与所述控制模块（103）电连接，用于对数据进行收发，所述控制模块（103）的型号为CC2530EM，所述外壳（101）表面设置有第一JTAG调试接口（107），所述第一JTAG调试接口（107）的内端伸入所述外壳（101）内部，所述第一JTAG调试接口（107）内端通过锡焊接在所述第一线路板（102）表面，且与所述控制模块（103）电连接，用于对数据进行输入和导出；
所述网络协调器（2）包括壳体（201），所述壳体（201）内部固定安装第二线路板（202），所述第二线路板（202）的表面通过锡焊接有GPRS模块（203）和微处理器（204），所述GPRS模块（203）外部通过CC2591（205）连接有用于接入互联网与网络后台服务器的GPRS天线（206），所述壳体（201）外侧固定安装有LED指示灯（207），所述LED指示灯（207）与所述GPRS模块（203）电连接，所述CC2591（205）和所述GPRS模块（203）均与所述第二电源模块（208）电连接，用于为所述CC2591（205）和所述GPRS模块（203）提供电力，所述GPRS模块（203）和所述微处理器（204）之间通过RS-232接口相互连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于WSN的化工企业有毒气体泄漏监测装置，其特征在于：相邻两个所述无线传感器节点（1）之间连通，相邻两个所述传感器节点之间的距离小于10米，所述无线传感器节点（1）的通信范围为圆形，多个所述无线传感器节点（1）连接后构成一个正六边形的蜂窝结构，这些正六边形可无缝覆盖二维平面。
3.根据权利要求1所述的一种基于WSN的化工企业有毒气体泄漏监测装置，其特征在于：每个生产设备分别部署一个独立的所述无线传感器节点（1），所述无线传感器节点（1）的采集数据通过所述网络协调器（2）将数据发送至客户端，其中发送方式为网络发送或者所述GPRS模块（203）上传至云端。
4.根据权利要求1所述的一种基于WSN的化工企业有毒气体泄漏监测装置，其特征在于：所述气体传感器（104）的型号为CITYTECH或者sixsensor。
5.根据权利要求1所述的一种基于WSN的化工企业有毒气体泄漏监测装置，其特征在于：所述微处理器（204）的型号为CC2530SoC，用以增加传输距离，第二电源模块（208）提供5V电压，3A电流。
6.根据权利要求1所述的一种基于WSN的化工企业有毒气体泄漏监测装置，其特征在于：所述外壳（101）表面设置有第二JTAG调试接口（209），所述第二JTAG调试接口（209）为金属接口，且与所述外壳（101）卡接配合，所述第二JTAG调试接口（209）的内端伸入所述外壳（101）内部，所述第二JTAG调试接口（209）内端通过锡焊接在所述第一线路板（102）表面，且与所述微处理器（204）电连接，用于对数据进行输入和导出。
7.根据权利要求1所述的一种基于WSN的化工企业有毒气体泄漏监测装置，其特征在于：所述无线传感器节点（1）通过ZigBee网络进行网络上传并传输至所述网络协调器（2）。
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