CN203982151U - 基于Zigbee和GSM网络的有害气体监控系统 - Google Patents

基于Zigbee和GSM网络的有害气体监控系统 Download PDF

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方健
李炜
王泽元
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Abstract

一种基于Zigbee和GSM网络的有害气体监控和系统，它包括若干个Zigbee远程终端，Zigbee监控主站，GSM模块，中心监控服务器，监控模块，手机；Zigbee监控主站分别与，GSM模块、中心监控服务器和监控模块相连接；Zigbee远程终端与Zigbee监控主站之间，通过Zigbee网络进行数据及信息的传输；GSM模块与手机通过GSM网络进行数据及信息的传输；该系统集Zigbee无线网络和GSM移动通讯网络于一体的控制方式，实现了对远程监测可视化现场监控的有害气体监控系统。解决了传统有害气体有线监控在布线、覆盖率、扩展性和兼容性方面存在的问题。

Description

基于Zigbee和GSM网络的有害气体监控系统
技术领域
本实用新型涉及一种基于Zigbee和GSM网络的有害气体监控系统，它包括若干个Zigbee远程终端（1），Zigbee监控主站（2），监控模块（3），监控服务器（4），GSM模块（5），手机（6）。 
背景技术
在石油、化工等生产过程中，经常会出现有害气体泄漏问题，对于有害气体的有效检测与控制，一直受到国内外学者的关注，先后提出了多种数据采集、传输与监控方案。其中以有线传感器网络方式最为常见，该种方式存在布线复杂、成本较高、通信距离短、系统功能单一等缺点。 
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题提供一种集Zigbee无线网络与GSM移动通讯网络于一体的控制方式，实现对各个节点工作站有害气体能度状态数据的实时采集与传送，并实现了系统与上位机的连接，可对现场远程监测可视化现场监控的有害气体监控系统。解决了传统有害气体有线监控在布线、覆盖率、扩展性和兼容性等方面存在的问题。 
为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于Zigbee和GSM网络的有害气体监控系统，它包括若干个Zigbee远程终端，Zigbee监控主站，监控模块，监控服务器， GSM模块，手机；所述的Zigbee监控主站，分别与所述的监控模块、监控服务器和GSM模块相连接，所述的Zigbee远程终端与Zigbee监控主站之间，通过Zigbee网络进行数据及信息的传输，所述的手机与GSM模块之间，通过GSM网络进行数据及信息的传输。
所述的Zigbee远程终端，它包括终端处理器单元，终端处理器电源单元，射频收发器单元，温湿度检测单元，气体浓度检测单元；所述的终端处理器单元，分别于所述的终端处理器电源单元，射频收发器单元，温湿度检测单元，气体浓度检测单元相连接。
所述的监控模块，它包括液晶显示器，发光二极管报警器，存储器，它们分别与所述的监控主站连接。
所述的终端处理器单元采用CC2430射频芯片，该芯片可用于Zigbee无线网络节点，包括协调器、路由器核心终端等；具有功耗低，灵敏度高，传送速率大等优点。
所述的终端处理器单元的CC2430射频芯片，其信号输入引脚P0.4和信号处处引脚P0.5与所述的射频收发器单元连接，其引脚P1.2与所述的温湿度检测单元连接，其引脚P1.1与所述的气体浓度检测单元。
所述的Zigbee远程终端的主要功能是：一、由其内的射频收发器单元搜索覆盖范围内的Zigbee网络并加入之，通过Zigbee网络与监控主站建立无线通讯联系；二、处理器单元接收传感器从现场实时采集的状况及数据并进行分析和处理后传送给射频收发器单元；三、由射频收发器单元通过Zigbee网络发送到监控主站。
所述的Zigbee监控主站，它包括监控主站处理器，与监控主站处理器连接的监控主站电源单元。
所述的监控模块，它包括液晶显示器，发光二级管报警器，存储器；它们分别与所述的监控主站处理器相连接。
所述的监控主站处理器采用CC2530芯片，该芯片具有集成了高性能射频收发器和微控制器等功能，将控制与通信技术结合在一起；可实现高传输效率的组网、数据集成储存、智能处理等功能，确保低能源消耗。
所述的GSM模块，采用TC35i型GSM模块（5），该模块稳定性能好，价格低廉，该系统采用星形拓扑网络结构。
所述的存储器，采用24C02芯片，该芯片具有掉电后内存内容不会丢失，可以用按键将所有设定的紧急报警阈值写进去，确保紧急报警阈值始终是一确定值，不会波动。
所述的监控主站处理器的CC2530芯片，其USB接口与所述的监控服务器连接，其UART口与TC35i型GSM模块连接，其引脚P0.0~P0.7与液晶显示器连接，其引脚P1.3与发光二极管报警器连接，其引脚P1.0~P1.1与所述的24C02型存储器连接。
所述的ZigBee监控主站主要功能是：一、组建新网络，分配网络地址给网络中节点，并加入ZigBee和GSM网络，实现ZigBee网络和GSM网络两者之间的远距离相互无线通讯；二、由控制器通过ZigBee网络接收由ZigBee远程终端发来的其现场采集的状态及数据，经其分析和处理后，一方面通过VSB接口发送給监控服务器（PC）和液晶显示器，监控服务器（PC）收到状态及数据信息后，对其进行监控，若检测出等于或大于报警阈值得信息立即向控制器回传紧急报警信息，控制器马上将报警信息发送給GSM模块和报警器，GSM模块接收到紧急报警信息通过GSM网络以信息的方式发给绑定的手机；与此同时报警器开始报警。对发生的事故能及时发现和处理。
所述的监控服务器，其采用具有图形化的语言的LabVZEW软件编写上位机监控界面。
其主要功能一、进入实时显示界面，实现对终端及监控主站上传数据的采集与处理，并且实时显示各个终端节点的温湿度、气体浓度的数据及各网站的有运行状态；二、设定报警阈值；三、向监控主站节点传送报警阚值；四、实现历史数据的保存与显示；五、实现对所接收的数据进行分析和处理，以曲线形式绘制显示，与此同时可将采集到数据一Excel表格形式存储现实和打印。
综上所述本实用新型具有的优点：一、该网络系统采用了Zigbee无线网络和GSM移动通讯网络相结合的控制方式，实现了ZigBee网络和GSM网络两者之间的远距离相互无线通讯；二、实现了对各个节点工作站状态及数据的实时采集与传送，实现了系统与上位机的连接，对现场远程监控和可视化现场监控；三、该系统能够精确定位泄漏点，具有灵活性，可靠性和覆盖性；四、该系统结构简单，一次性投入少，便于安操作和维护管理。 
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
图1所示为系统总体结构图。 
图2所示为Zigbee远程终端电路结构图。 
图3所示为Zigbee监控主站电路结构图。 
图4所示为Zigbee远程终端程序流程图。 
图5所示为Zigbee监控主站程序流程图。 
具体实施方式
如图1所示，一种基于Zigbee和GSM网络的有害气体监控系统，它包括若干个Zigbee远程终端1，Zigbee监控主站2，手机6；所述的Zigbee监控主站2，分别与所述的监控模块3、监控服务器4和GSM模块5相连接，所述的Zigbee远程终端（1）与Zigbee监控主站（2）之间，通过Zigbee网络进行数据及信息的传输，所述的手机（6）与GSM模块（5）之间，通过GSM网络进行数据及信息的传输。
如图2所示，所述的Zigbee远程终端，它包括终端处理器单元11，终端处理器电源单元12，射频收发器单元13，温湿度检测单元14，气体浓度检测单元15；所述的终端处理器单元11，分别于所述的终端处理器电源单元12，射频收发器单元13，温湿度检测单元14，气体浓度检测单元15相连接。
所述的终端处理器单元采用的CC2430射频芯片，该芯片可用于Zigbee无线网络节点，包括协调器、路由器核心终端等；具有功耗低，灵敏度高，传送速率大等优点。
所述的终端处理器单元11的CC2430射频芯片，其信号输入引脚P0.4和信号输出引脚P0.5与所述的射频收发器单元13连接，其引脚P1.2与所述的温湿度检测单元连接，其引脚P1.1与所述的气体浓度检测单元。
所述的Zigbee远程终端的主要功能是：一、由其内的射频收发器单元13搜索覆盖范围内的Zigbee网络并加入之，通过Zigbee网络与监控主站2建立无线通讯联系；二、处理器单元11接收传感器14、15从现场实时采集的状况及数据并进行分析和处理后传送给射频收发器单元13；三、由射频收发器单元13通过Zigbee网络发送到监控主站。
如图3所示，所述的ZigBee监控主站2，它包括监控主站处理器21，与监控主站处理器21连接的监控主站处理器电源单元22。
所述的监控模块（3），它包括液晶显示器31，发光二极管报警器32，存储器33；它们分别与所述监控主站处理器21相连接。
所述的监控主站控制器21，采用CC2530芯片，该芯片具有集成了高性能射频收发器和微控制器等功能，将控制与通信技术结合在一起；可实现高传输效率的组网、数据集成储存、智能处理等功能，确保低能源消耗。
所述的GSM模块5，采用TC35i型GSM模块（5），该模块稳定性能好，价格低廉，该系统采用星形拓扑网络结构。
所述的存储器33采用24C02芯片，该芯片具有掉电后内存内容不会丢失，可以用按键将所有设定的紧急报警阈值写进去，确保紧急报警阈值始终是一确定值，不会波动。
所述的监控主站处理器21的CC2530芯片，其USB接口与监控服务器连接，其内UART口与TC35i型GSM模块5连接，其引脚P0.0~P0.7与所述的液晶显示器31连接，其引脚P1.3与发光二极管报警器32连接，其引脚P1.0~P1.1与所述的24C02型存储器33连接。
所述的ZigBee监控主站2主要功能是：一、组建新网络，分配网络地址给网络中节点，并加入ZigBee和GSM网络，实现ZigBee网络和GSM网络两者之间的远距离相互无线通讯；二、由控制器21通过ZigBee网络接收由21ZigBee远程终端1发来的其现场采集的状态及数据，经其分析和处理后，一方面通过VSB接口发送給中心监控器（PC）23和液晶显示器25，中心监控器（PC）23收到状态及数据信息后，对其进行监控，若检测出等于或大于报警阈值得信息立即向控制器21回传紧急报警信息，控制器21马上将报警信息发送給GSM模块24和报警器26，GSM模块24接收到紧急报警信息通过GSM网络以信息的方式发给绑定的手机6；与此同时报警器26开始报警。对发生的事故能及时发现和处理。
图4所示，Zigbee监控主站工作流程如下：Zigbee监控主站上电后，其硬件和Zigbee协议栈初始化，并建立自主网絡，加入覆盖的Zigbee无线网络；若不成功，重新再加入，至直加入成功。加入成功后通过覆盖的Zigbee无线网络与成功加入覆盖的Zigbee无线网络的Zigbee远程终端建立无线通讯关系。然后实时接收由Zigbee远程终端从监测现场采集的温湿度和气体浓度状态及数据信息，经其内部的控制器分析和处理后，一方面经过USB接口发给中心监控器（PC）和与其相连接的存储器件及液晶显示器，另一方面，中心监控器（PC）接到控制器发给的状态及数据后对其进行分析处理，一旦发现有等于或大于报警阈值的信息时，将其立即回传給控制器，由控制器将回传的紧急报警信息发送給GSM模块，然后经GSM网络以短信的方式发送給其绑定的手机。
图5所示，Zigbee远程终端工作流程如下：Zigbee远程终端上电后，终端的硬件和Zigbee协议栈初始化，并建立自主网絡，加入覆盖的Zigbee无线网络；若不成功，重新再加入，至直加入成功。然后Zigbee远程终端其内部的处理器单元，将收到的其内各种传感器从检测现场采集到的温湿度、气体浓度状态及数据经分析和处理后由射频收发器发送到已加入的Zigbee无线网络。

Claims (10)

1.一种基于Zigbee和GSM网络的有害气体监控系统，它包括若干个Zigbee远程终端（1），Zigbee监控主站（2），监控模块（3），监控服务器（4），GSM模块（5），手机（6）；其特征在于：所述的Zigbee监控主站（2），分别与所述的监控模块（3）、中心监控服务器（4）和GSM模块（5）相连接，所述的Zigbee远程终端（1）与Zigbee监控主站（2）之间，通过Zigbee网络进行数据及信息的传输，所述的手机（6）与GSM模块（5）之间，通过GSM网络进行数据及信息的传输。
2.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee和GSM网络的有害气体监控系统，其特征在于：所述的Zigbee远程终端（1），它包括终端处理器单元（11），终端处理器电源单元（12），射频收发器单元（13），温湿度检测单元（14），气体浓度检测单元（15）；所述的终端处理器单元（11），分别于所述的处理器电源单元（12），射频收发器单元（13），温湿度检测单元（14），气体浓度检测单元（15）相连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee和GSM网络的有害气体监控系统，其特征在于：所述的Zigbee监控主站（2），它包括监控主站处理器单元（21）和与监控主站处理器单元（21）连接的处理器电源单元（22）。
4.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee和GSM网络的有害气体监控系统，其特征在于：所述的监控模块（3），它包括液晶显示器（31），发光二极管报警器（32）存储器（33）；所述的液晶显示器（31）、发光二极管报警器（32）和存储器（33），分别与Zigbee监控主站（2）相连。
5.根据权利要求2所述的一种基于Zigbee和GSM网络的有害气体监控系统，其特征在于：所述的终端处理器单元（1），采用CC2430射频芯片。
6.根据权利要求3所述的一种基于Zigbee和GSM网络的有害气体监控系统，其特征在于：所述的监控主站处理器单元（12），采用Zigbee专用CC2530芯片。
7.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee和GSM网络的有害气体监控系统，其特征在于：所述的监控服务器（4），采用具有图形化的语言的LabVEW软件编写上位机监控界面。
8.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee和GSM网络的有害气体监控系统，其特征在于：所述的GSM模块（5），采用TC35i型GSM模块(5)。
9.根据权利要求2或5所述的一种基于Zigbee和GSM网络的有害气体监控系统，其特征在于：所述的终端处理器单元（11）的CC2430射频芯片，其P1.1引脚与所述的气体浓度检测单元（15）连接，P1.2引脚与所述的温湿度检测单元（14）连接，信号输入PO.4引脚和信号输出PO.5引脚与所述的射频收发器单元（13）连接。
10.根据权利要求4或8所述的一种基于Zigbee和GSM网络的有害气体监控系统，其特征在于：所述的监控主站处理器单元（21）的Zigbee专用CC2530芯片，其USB接口与所述的监控服务器（4）连接，其UART口与所述的TC35i型GSM模块（5）连接，其P0.0~P0.7引脚与所述的液晶显示器（31），其P1.3引脚与所述的发光二极管报警器（32）连接，其P1.0~P1.1引脚与所述的存储器（33）连接。
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