CN113936436A - 一种基于LoRa无线通信的深基坑作业气体检测装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于LoRa无线通信的深基坑作业气体检测装置，包括气体检测仪和地面监测主机，气体检测仪的天线采用LoRa天线，气体检测仪的CPU采用STM32L041单片机，地面监测主机采用可通过PC机进行固件升级的触摸屏终端显示设备；触摸屏终端显示设备采用开关电源供电，开关电源提供5V、12V及24V三路电源，分别给LoRa无线模块、GPRS模块及开关量模块供电；触摸屏终端显示设备有3路RS232串口，分别接到GPRSDTU模块，LoRa无线模块与开关量输入输出模块。气体检测仪装置精巧便携。不依赖外部电源。检测到超出浓度的易燃易爆及有毒气体后，LED灯发出报警，并通过LoRa无线传输的方式，将数据发送到位于地面的监控主机上。同时通过GPRS模块进行云端报警，将报警数据发送至云端服务器。
Description
技术领域
本发明涉及气体检测装置技术领域，具体为一种基于LoRa无线通信的深基坑作业气体检测装置。
背景技术
《国家电网有限公司电力建设安全工作规程》要求，施工人员进入深基坑作业前，必须先用鼓风机进行通风，经10～15min的通风后，确认(可用气体检测仪检测)无易燃易爆及有毒有害气体，并做好记录后，方可进入电缆井内作业。如果在进入井道施工前未进行易燃易爆及有毒有害气体检测，施工人员的人身安全无法得到保障，严重时将会导致爆炸等重大安全事故。
目前气体检测仪大多以单机式检测和基于蓝牙、ZIGBEE等短距离无线传输型气体检测仪为主，需要将气体检测仪吊装至井下，检测后再吊装至地面或者从地面监控装置读取数据。单机型设备检测结果延迟，不能进行实时监测。短距离型检测设备无法将数据发送到云端，从而无法进行基于大数据的智能分析处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于LoRa无线通信的深基坑作业气体检测装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于LoRa无线通信的深基坑作业气体检测装置，包括气体检测仪和地面监测主机，所述气体检测仪上安装有气体传感器探头、电池、紧急按钮、指示灯、电源开关，所述气体检测仪的天线采用LoRa天线，所述气体检测仪的CPU采用STM32L041单片机，且LoRa天线、气体传感器探头、电池、紧急按钮、指示灯和电源开关均通过电导体与STM32L041单片机连接；
地面监测主机采用可通过PC机进行固件升级的触摸屏终端显示设备；
触摸屏终端显示设备采用开关电源供电，开关电源提供5V、12V及24V三路电源，分别给LoRa无线模块、GPRS模块及开关量模块供电；
触摸屏终端显示设备有3路RS232串口，分别接到GPRS DTU模块，LoRa无线模块与开关量输入输出模块；
GPRSDTU模块，可以插5G手机卡，借助移动5G网络，将接收到的气体浓度、日期、施工内容、报警等信息发送至云端服务器；
LoRa无线模块将接收到的气体浓度、报警等信息通过串口发送至触摸屏，在触摸屏上可以设置LoRa无线模块的通信参数；
开关量模块具有4路输入接口和4路输出接口，在接收到触摸屏通过串口发送的报警信号时，将信号发送至吊装搬运等设备。
优选的，所述的电池采用可充电电池。
优选的，所述电池采用容量为2000mAh，输出电压为7.4V的可充电锂电池。
优选的，LoRa无线模块采用E32 LoRa无线传输模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：气体检测仪装置精巧便携。不依赖外部电源。检测到超出浓度的易燃易爆及有毒气体后，LED灯发出报警，并通过LoRa无线传输的方式，将数据发送到位于地面的监控主机上。同时通过GPRS模块进行云端报警，将报警数据发送至云端服务器，并联动深基坑作业装置送风机加大风速，启动应急救援绳索装置，将作业人员拉升至地面通风处。
附图说明
图1为本发明中气体检测仪的结构示意图。
图2为本发明中地面监测主机的结构示意图。
图3为本发明中监控软件的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种基于LoRa无线通信的深基坑作业气体检测装置，包括气体检测仪和地面监测主机，所述气体检测仪上安装有气体传感器探头、电池、紧急按钮、指示灯、电源开关，所述气体检测仪的天线采用LoRa天线，所述气体检测仪的CPU采用STM32L041单片机，且LoRa天线、气体传感器探头、电池、紧急按钮、指示灯和电源开关均通过电导体与STM32L041单片机连接；
STM32L041单片机提供了动态电压调节、超低功耗时钟振荡器、LCD接口、比较器、DAC及硬件加密功能。和常规的STM32芯片相比，采用ST专有的超低泄漏制程，其ARMCortex-M0+内核与STM32单片机超低功耗特性的结合，使STM32L0MCU非常适合电池供电。
地面监测主机采用可通过PC机进行固件升级的触摸屏终端显示设备；
触摸屏终端显示设备采用开关电源供电，开关电源提供5V、12V及24V三路电源，分别给LoRa无线模块、GPRS模块及开关量模块供电；
触摸屏终端显示设备有3路RS232串口，分别接到GPRS DTU模块，LoRa无线模块与开关量输入输出模块；
GPRSDTU模块，可以插5G手机卡，借助移动5G网络，将接收到的气体浓度、日期、施工内容、报警等信息发送至云端服务器；
LoRa无线模块将接收到的气体浓度、报警等信息通过串口发送至触摸屏，在触摸屏上可以设置LoRa无线模块的通信参数；
开关量模块具有4路输入接口和4路输出接口，在接收到触摸屏通过串口发送的报警信号时，将信号发送至吊装搬运等设备。
所述的电池采用可充电电池。
优选的，所述电池采用容量为2000mAh，输出电压为7.4V的可充电锂电池。
独立供电模块采用的是容量为2000mAh，输出电压为7.4V的可充电锂电池。由于电缆井内有可能存在易燃易爆可燃性气体，因此需要对外壳的各接口进行防爆处理，在进入井下时需要将充电口插入防爆胶塞。独立供电模块可以实现电缆井下连续48h不间断测量。当电池电量不能满足正常运行时，模块会发出蜂鸣声，提示操作人员电量不足。
优选的，LoRa无线模块采用E32LoRa无线传输模块。
LoRa无线通信模块采用的无线扩频的原理，同等的功耗下可取得更远的通信距离。采用的LoRa无线通信模块，E32模块无线通信部分基于SX1276/8系列的扩频调制射频芯片设计，采用高效的循环交织纠检错编码，抗干扰能力和灵敏度都大大提高。
地面监测主机采用开关电源供电，开关电源提供5V、12V及24V三路电源，分别给LoRa无线模块、GPRS模块及开关量模块供电。触摸屏有3路RS232串口，分别接到GPRSDTU模块，LoRa无线模块与开关量输入输出模块。GPRSDTU模块，可以插5G手机卡，借助移动5G网络，将接收到的气体浓度、日期、施工内容、报警等信息发送至云端服务器，云端服务器可按照施工编号、电缆井编号等类型生成气体浓度的报表，同时在云端服务器对气体浓度的变化进行分析，能够做到提前预警，同时云端服务器发送指令联动现场监控主机，智能调控风机和应急救援提升装置，保证基坑内人员脱险。LoRa无线模块将接收到的气体浓度、报警等信息通过串口发送至触摸屏，在触摸屏上可以设置LoRa无线模块的通信参数。开关量模块具有4路输入接口和4路输出接口，在接收到触摸屏通过串口发送的报警信号时，将信号发送至吊装搬运等设备，实现联动多余的开关量接口可用于和其他设备的联动拓展。
监控软件采用主从通信的模式，由触摸屏驱动LORA无线模块，循环采集气体检测仪的气体浓度等数据，在检测到气体浓度超标后发出报警及云端报警。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：气体检测仪装置精巧便携。不依赖外部电源。检测到超出浓度的易燃易爆及有毒气体后，LED灯发出报警，并通过LoRa无线传输的方式，将数据发送到位于地面的监控主机上。同时通过GPRS模块进行云端报警，将报警数据发送至云端服务器，并联动深基坑作业装置送风机加大风速，启动应急救援绳索装置，将作业人员拉升至地面通风处。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种基于LoRa无线通信的深基坑作业气体检测装置，包括气体检测仪和地面监测主机，所述气体检测仪上安装有气体传感器探头、电池、紧急按钮、指示灯、电源开关，其特征在于：所述气体检测仪的天线采用LoRa天线，所述气体检测仪的CPU采用STM32L041单片机，且LoRa天线、气体传感器探头、电池、紧急按钮、指示灯和电源开关均通过电导体与STM32L041单片机连接；
地面监测主机采用可通过PC机进行固件升级的触摸屏终端显示设备。
2.根据权利要求1所述的一种基于LoRa无线通信的深基坑作业气体检测装置，其特征在于：所述的触摸屏终端显示设备采用开关电源供电，开关电源提供5V、12V及24V三路电源，分别给LoRa无线模块、GPRS模块及开关量模块供电。
3.根据权利要求2所述的一种基于LoRa无线通信的深基坑作业气体检测装置，其特征在于：所述的触摸屏终端显示设备有3路RS232串口，分别接到GPRSDTU模块，LoRa无线模块与开关量输入输出模块。
4.根据权利要求3所述的一种基于LoRa无线通信的深基坑作业气体检测装置，其特征在于：所述的GPRSDTU模块，可以插5G手机卡，借助移动5G网络，将接收到的气体浓度、日期、施工内容、报警等信息发送至云端服务器。
5.根据权利要求3所述的一种基于LoRa无线通信的深基坑作业气体检测装置，其特征在于：所述的LoRa无线模块将接收到的气体浓度、报警等信息通过串口发送至触摸屏，在触摸屏上可以设置LoRa无线模块的通信参数。
6.根据权利要求3所述的一种基于LoRa无线通信的深基坑作业气体检测装置，其特征在于：所述的开关量模块具有4路输入接口和4路输出接口，在接收到触摸屏通过串口发送的报警信号时，将信号发送至吊装搬运等设备。
7.根据权利要求1所述的一种基于LoRa无线通信的深基坑作业气体检测装置，其特征在于：所述的电池采用可充电电池。
8.根据权利要求7所述的一种基于LoRa无线通信的深基坑作业气体检测装置，其特征在于：所述的电池采用容量为2000mAh，输出电压为7.4V的可充电锂电池。
9.根据权利要求2所述的一种基于LoRa无线通信的深基坑作业气体检测装置，其特征在于：所述的LoRa无线模块采用E32 LoRa无线传输模块。
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