CN114609329A - 一种工业环境下基于传感器组网的气体监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工业环境下基于传感器组网的气体监测系统，包括：位于各个预设区域内的传感器阵列、与各传感器阵列分别通信连接的边缘节点、以及与边缘节点通信连接的云服务器；其中，传感器阵列用于获取当前时刻下，自身所在预设区域内的第一气体数据；边缘节点用于根据与自身通信连接的传感器阵列发送的第一气体数据，预测自身对应的预设区域在当前时刻之后的预设时间段内的第二气体数据；云服务器用于根据各边缘节点发送的各个预设区域对应的第一气体数据和第二气体数据，对工业环境中的气体进行分析。上述监测系统通过引入传感器阵列，能够多维度、准确、高效的采集所在预设区域在当前时刻下的第一气体数据，有效提高了环境数据的采集效能。

Description

一种工业环境下基于传感器组网的气体监测系统
技术领域
本发明属于气体监测技术领域，具体涉及一种工业环境下基于传感器组网的气体监测系统。
背景技术
工业环境下，空气中的气体成分往往比较复杂，含有一氧化碳、挥发性有机化合物VOC等危害人体健康、污染大气环境的有毒气体，人体若长时间处于此种环境下必然会造成不可逆转的伤害。
相关技术中，通常采用单点检测、即通过单一传感器实现工业环境下的气体监测，但是，该方法只能在一个维度上对环境中有害气体的成分和含量进行监测，而无法对周围有害气体的成分、含量实现准确测量，并且上述监测过程中所使用的测试设备复杂，响应时间较长，这种以点带面的方式具有很大的片面性，无法保证监测结果的准确性和有效性。
因此，为了避免有毒气体对人体健康产生不良影响、并采取有效措施控制有毒气体，必须对其气体的成分和含量进行监测。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种工业环境下基于传感器组网的气体监测系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明提供一种工业环境下基于传感器组网的气体监测系统，包括：位于各个预设区域内的传感器阵列、与各所述传感器阵列分别通信连接的边缘节点、以及与所述边缘节点通信连接的云服务器；其中，
所述传感器阵列，用于获取当前时刻下，自身所在预设区域内的第一气体数据；
所述边缘节点，用于根据与自身通信连接的传感器阵列发送的所述第一气体数据，预测自身对应的预设区域在当前时刻之后的预设时间段内的第二气体数据；
所述云服务器，用于根据各边缘节点发送的各个预设区域对应的所述第一气体数据和所述第二气体数据，对所述工业环境中的气体成分与含量进行分析。
在本发明的一个实施例中，所述边缘节点处的硬件包括树莓派。
在本发明的一个实施例中，所述传感器阵列包括：气体传感器、温度传感器和湿度传感器。
在本发明的一个实施例中，所述气体传感器为MEMS电导型气敏传感器；
所述气体传感器包括：CO传感器、CO2传感器和有机挥发性气体VOC传感器。
在本发明的一个实施例中，所述传感器阵列中的各传感器与自身对应的树莓派的通用输入输出接口GPIO连接。
在本发明的一个实施例中，还包括多个显示屏，所述显示屏与各边缘节点对应连接；
所述显示屏，用于可视化显示自身对应的预设区域的所述第一气体数据和所述第二气体数据。
在本发明的一个实施例中，所述边缘节点，具体用于根据与自身通信连接的传感器阵列发送的所述第一气体数据，利用预先训练好的Transformer模型，预测自身对应的预设区域在当前时刻之后的预设时间段内的第二气体数据，并存储所述第一气体数据及所述第二气体数据至边缘节点。
在本发明的一个实施例中，所述边缘节点，还用于根据所述第一气体数据和预设阈值，判断自身对应的预设区域中有害气体的含量是否超标；若是，则发出报警信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供了一种工业环境下基于传感器组网的气体监测系统，包括：位于各个预设区域内的传感器阵列、与各传感器阵列分别通信连接的边缘节点、以及与边缘节点通信连接的云服务器。利用上述气体监测系统进行监测时，传感器阵列能够多维度、准确、高效的采集所在预设区域在当前时刻下的第一气体数据，有效提高了环境数据的采集效能。进一步地，与各传感器阵列分别通信连接的边缘节点可以根据第一气体数据，预测对应的预设区域在当前时刻之后的预设时间段内的第二气体数据，能够为调控各预设区域的空气质量提供数据支持。云服务器从各个边缘节点处接收获得所有预设区域的第一气体数据和第二气体数据后，便于管理人员对整个工业环境进行及时的管控。
附图说明
图1为本发明实施例提供的工业环境下基于传感器组网的气体监测系统的一种结构示意图；
图2为本发明实施例提供的工业环境下基于传感器组网的气体监测系统中边缘节点的工作流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
图1为本发明实施例提供的工业环境下基于传感器组网的气体监测系统的一种结构示意图。本发明实施例提供了一种工业环境下基于传感器组网的气体监测系统，包括：位于各个预设区域内的传感器阵列、与各传感器阵列分别通信连接的边缘节点、以及与边缘节点通信连接的云服务器；其中，
传感器阵列，用于获取当前时刻下，自身所在预设区域内的第一气体数据；
边缘节点，用于根据与自身通信连接的传感器阵列发送的第一气体数据，预测自身对应的预设区域在当前时刻之后的预设时间段内的第二气体数据；
云服务器，用于根据各边缘节点发送的各个预设区域对应的第一气体数据和第二气体数据，对所述工业环境中的气体含量及气体成分进行分析。
本实施例中，上述工业环境下基于传感器组网的气体监测系统包括：传感器阵列、边缘节点和云服务器；具体而言，针对待监测的工业环境，可以将其划分为多个预设区域，每个预设区域内均设置有传感器阵列，传感器阵列感知获得当前时刻下预设区域内的第一气体数据；其中，第一气体数据包括传感器阵列所在预设区域的气体成分和气体含量。应当理解，本实施例通过采用多个传感器组成的传感器阵列，能够多维度、准确、高效的采集各个预设区域在当前时刻下的第一气体数据。
接着，各个边缘节点分别接收与自身通信连接的传感器阵列的第一气体数据，并根据第一气体数据预测各个预设区域在当前时刻之后的预设时间段内的第二气体数据，能够为调控各预设区域的空气质量提供数据支持。
进一步地，各个边缘节点将自身对应的预设区域的第一气体数据和第二气体数据发送至云服务器，云服务器可以对整个工业环境中的气体成分和气体含量加以分析，以便于管理人员进行及时的管控。
可选地，边缘节点具体用于根据与自身通信连接的传感器阵列发送的第一气体数据，利用预先训练好的Transformer模型，预测自身对应的预设区域在当前时刻之后的预设时间段内的第二气体数据，并存储第一气体数据及第二气体数据至本地。
具体而言，本实施例中的边缘节点包括树莓派。在各个边缘节点获取对应预设区域的第一气体数据之后，树莓派能够高效地进行边缘计算，利用预先训练好的Transformer模型快速预测出每个预设区域在未来预设时间段内的第二气体数据，并保存第一气体数据和第二气体数据，有效保证了数据的完整性和安全性；此外，由于树莓派具有算力强、可扩展性强、低功耗、体积小、应用范围广的特点，利用树莓派作为边缘节点也能够解决现有监测系统响应时间较长的问题。
可选地，传感器阵列包括：气体传感器、温度传感器和湿度传感器。
本实施例中，传感器阵列由多种类型的多个传感器组成，如：气体传感器、温度传感器和湿度传感器。在每个传感器阵列中，多个传感器可以按照一定的规则排布，示例性地，多个传感器可以排布成如图1所示的圆形，此种设计方式便于后续准确分析预设区域内的气体密度、变化趋势等信息。
示例性地，气体传感器为MEMS电导型气敏传感器。预设区域内的气体与敏感材料发生作用之后，会产生包含气体成分和浓度的电信号，电信号处理后即可识别气体的成分和浓度。
气体传感器包括：CO传感器、CO2传感器和有机挥发性气体VOC传感器。
可选地，传感器阵列中的各传感器与自身对应的树莓派的通用输入输出接口GPIO连接。
具体而言，树莓派具有数量众多的GPIO(General-purpose input/output，通用输入输出)接口，因此在以树莓派作为边缘节点时，传感器阵列中的每个传感器都可以通过GPIO接口将采集到的第一气体数据传输至树莓派中，进而由树莓派进行预测。
可选地，上述工业环境下基于传感器组网的气体监测系统还包括多个显示屏，显示屏与各边缘节点对应连接；
显示屏，用于可视化显示自身对应的预设区域的第一气体数据和第二气体数据。
本实施例中，气体监测系统还可以包括多个显示屏，显示屏分别与边缘节点对应连接，此种设计方式可以使边缘节点具有数据显示功能，从而接收到第一气体数据、以及根据第一气体数据预测得到第二气体数据之后，实现第一气体数据与第二气体数据的可视化，从而进一步提高用户体验。
图2为本发明实施例提供的工业环境下基于传感器组网的气体监测系统中边缘节点的工作流程图。如图2所示，边缘节点还用于根据第一气体数据和预设阈值，判断自身对应的预设区域中有害气体的含量是否超标；若是，则发出报警信号。
本实施例中，边缘节点在接收到对应的传感器阵列所采集的第一气体数据之后，由于第一气体数据中包含不同类型的气体传感器的检测结果，因此可以从中获取有害气体的检测结果、并将其与预设阈值比较；若有害气体的含量大于等于预设阈值，则表示该边缘节点对应的预设区域中有害气体含量超标，此时边缘节点将第一气体数据存储至本地和云端服务器，并发出报警信号；反之，则在存储第一气体数据至本地和云端服务器后，根据第一气体数据预测该边缘节点对应的预设区域在未来预设时间段内的第二气体数据。
通过上述各实施例可知，本发明的有益效果在于：
本发明提供了一种工业环境下基于传感器组网的气体监测系统，包括：位于各个预设区域内的传感器阵列、与各传感器阵列分别通信连接的边缘节点、以及与边缘节点通信连接的云服务器。利用上述气体监测系统进行监测时，传感器阵列能够多维度、准确、高效的采集所在预设区域在当前时刻下的第一气体数据，有效提高了环境数据的采集效能。进一步地，与各传感器阵列分别通信连接的边缘节点可以根据第一气体数据，预测对应的预设区域在当前时刻之后的预设时间段内的第二气体数据，能够为调控各预设区域的空气质量提供数据支持。云服务器从各个边缘节点处接收获得所有预设区域的第一气体数据和第二气体数据后，便于管理人员对整个工业环境进行及时的管控。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种工业环境下基于传感器组网的气体监测系统，其特征在于，包括：位于各个预设区域内的传感器阵列、与各所述传感器阵列分别通信连接的边缘节点、以及与所述边缘节点通信连接的云服务器；其中，
所述传感器阵列，用于获取当前时刻下，自身所在预设区域内的第一气体数据；
所述边缘节点，用于根据与自身通信连接的传感器阵列发送的所述第一气体数据，预测自身对应的预设区域在当前时刻之后的预设时间段内的第二气体数据；
所述云服务器，用于根据各边缘节点发送的各个预设区域对应的所述第一气体数据和所述第二气体数据，对所述工业环境中的气体成分与含量进行分析。
2.根据权利要求1所述的工业环境下基于传感器组网的气体监测系统，其特征在于，所述边缘节点所采用的硬件包括树莓派。
3.根据权利要求2所述的工业环境下基于传感器组网的气体监测系统，其特征在于，所述传感器阵列包括：气体传感器、温度传感器和湿度传感器。
4.根据权利要求3所述的工业环境下基于传感器组网的气体监测系统，其特征在于，所述气体传感器为MEMS电导型气敏传感器；
所述气体传感器包括：CO传感器、CO2传感器和有机挥发性气体VOC传感器。
5.根据权利要求3所述的工业环境下基于传感器组网的气体监测系统，其特征在于，所述传感器阵列中的各传感器与自身对应的树莓派的通用输入输出接口GPIO连接。
6.根据权利要求1所述的工业环境下基于传感器组网的气体监测系统，其特征在于，还包括多个显示屏，所述显示屏与各边缘节点对应连接；
所述显示屏，用于可视化显示自身对应的预设区域的所述第一气体数据和所述第二气体数据。
7.根据权利要求1所述的工业环境下基于传感器组网的气体监测系统，其特征在于，所述边缘节点，具体用于根据与自身通信连接的传感器阵列发送的所述第一气体数据，利用预先训练好的Transformer模型，预测自身对应的预设区域在当前时刻之后的预设时间段内的第二气体数据，并存储所述第一气体数据及所述第二气体数据至边缘节点。
8.根据权利要求7所述的工业环境下基于传感器组网的气体监测系统，其特征在于，所述边缘节点，还用于根据所述第一气体数据和所述预设阈值，判断自身对应的预设区域中有害气体的含量是否超标；若是，则发出报警信号。
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