CN207489223U - 一种基于NB-IoT的沼气泄露监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于NB‑IoT的沼气泄露监控系统，该系统包括甲烷浓度检测模块、主控制器、显示模块、声光报警器模块、电源模块、NB无线传输模块、物联网云平台、数据服务器和用户终端；系统采用多个电路板接插的方式组合而成，电路板从上至下依次为：NB无线传输子板、主子板、电源子板、传感器子板；所述主子板包含主控制器及显示模块；所述电源子板包含电源模块及连接声光报警器模块的接口，通过该接口连接声光报警器模块；所述NB无线传输子板包括NB无线传输模块，所述传感器子板包含甲烷浓度检测模块；本实用新型系统实现了沼气泄露的检测和集中监控，及时准确发出沼气泄露的警报，保障人身安全和财产安全。

Description

一种基于NB-IoT的沼气泄露监控系统

技术领域

本实用新型涉及沼气泄露检测领域，尤其涉及一种基于NB-IoT的沼气检测报警系统。

背景技术

农村沼气建设是推动农村可持续发展、解决农村养殖污染、实现农业低碳化的有效措施。建设一个沼气池可以使用20年左右，综合利用好沼气池不仅可以节约能源、改善和保护环境，还有节约化肥和农药、提高农作物的产量和质量、促进和带动饲养业发展等诸多好处。据统计，沼气在农村的覆盖率已接近30％，它在给农户带来便利的同时，也存在着泄露隐患。生活生产中沼气泄露的检测和报警是人民群众的生命安全和财产安全的有力保障，本文实现的沼气泄露监测系统可对沼气浓度信息进行自动采集，无线传输数据，具有远程报警功能。在一般的沼气泄露检测系统中，沼气泄露监控往往采用便携式检测报警设备的模式。采用便携式检测报警设备需要人员定期去现场巡检，而且无法同时检测不同地点的沼气浓度。携带便携式检测设备的人工巡检只能定时检测甲烷浓度是否超标，发送泄露时不能及时报警，增加了安全隐患。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于NB-IoT的沼气泄露监控系统。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于NB-IoT的沼气泄露监控系统，该系统包括甲烷浓度检测模块、主控制器、显示模块、声光报警器模块、电源模块、NB无线传输模块、物联网云平台、数据服务器和用户终端；系统采用多层电路板接插的方式组合而成，电路板从上至下依次为：NB无线传输子板、主子板、电源子板、传感器子板；所述主子板包含主控制器及显示模块；所述电源子板包含电源模块及连接声光报警器模块的接口，通过该接口连接声光报警器模块；所述NB无线传输子板包括NB无线传输模块，所述传感器子板包含甲烷浓度检测模块；

所述甲烷浓度检测模块通过UART接口J8或模拟量传输接口J7连接主控制器；所述主控制器通过主串口USART1连接NB无线传输模块，通过第二串口USART2连接甲烷浓度检测模块，通过10个普通I/O接口连接显示模块，通过1个普通I/O接口连接声光报警器模块；主控制器还包括SPI Flash存储器、晶振电路和复位电路，主控制器通过SPI接口连接SPIFlash存储器；所述晶振电路包括晶体X1、晶体X2、电容C18-C20，晶体X1的一端与电容C18的一端相连后接主控制器的RCT时钟输入引脚，晶体X1的另一端与电容C19的一端相连后接主控制器的RCT时钟输出引脚，晶体X2的一端与电容C20的一端相连后接主控制器的主时钟输入引脚，晶体X2的另一端与电容C21的一端相连后接主控制器的主时钟输出引脚，电容C18-C20的另一端均接地；所述复位电路包括电阻R23、电容C22和复位开关RST，复位开关RST的一端同时连接电阻R23的一端、电容C22的一端和主控制器的复位信号输入引脚，复位开关RST和电容C22的另一端连接到地，电阻R23的另一端连接到3.3V电源；所述NB无线传输模块6包含NB模组和ipex天线座，ipex天线座通过电阻R1连接到NB模组的NB信号收发引脚，NB模组的串口发送引脚通过电阻R6与主控制器的主串口接收引脚相连，NB模组的串口接收引脚通过电阻R8与主控制器的主串口发送引脚连接，NB模组的使能引脚通过电阻R2连接主控制器的使能引脚，NB模组通过串口接收主控制器的数据，通过NB信号收发引脚转化成900MHz频段的无线信号，通过移动蜂巢网络接入物联网云平台；所述物联网云平台分别与数据服务器、用户终端连接，通过UDP协议发送数据。

本实用新型的有益效果是：基于NB-IoT的沼气泄露监控系统实现了对沼气浓度的数据采集监测与泄露状态报警。检测现场的甲烷浓度，实时判断是否发生泄露，并把现场的甲烷浓度与报警状态实时上传给物联网云平台，同时声光报警模块在发生泄露时发出强声和醒目的报警光，提示现场人员发生泄露、注意安全，及时撤离；物联网云平台可以下发指令，设置报警的阈值浓度，同步主控器时间。在维护时，主控制器、NB无线传输模块、沼气浓度检测模块均采用可插拔形式，可以只更换部分损坏的零件，方便快捷，节约成本。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构框图；

图2是本实用新型的电路板可拆卸结构示意图；

图3是本实用新型的NB-IoT模组的电路图；

图4是本实用新型的主控制器的电路图；

图5、图6是本实用新型的电源模块的电路图；

图7是本实用新型的甲烷浓度检测模块的电路图；

图中，甲烷浓度检测模块1、主控制器2、显示模块3、声光报警器模块4、电源模块5、NB无线传输模块6、物联网云平台7、数据服务器8、用户终端9、主子板10、电源子板11、NB无线传输子板12、传感器子板13。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型提供的一种基于NB-IoT的沼气泄露监控系统，该系统包括甲烷浓度检测模块1、主控制器2、显示模块3、声光报警器模块4、电源模块5、NB无线传输模块6、物联网云平台7、数据服务器8和用户终端9；如图2所示，系统采用多层电路板接插的方式组合而成，电路板从上至下依次为：NB无线传输子板12、主子板10、电源子板11、传感器子板13；所述主子板10包含主控制器2及显示模块3；所述电源子板11包含电源模块5及连接声光报警器模块4的接口，通过该接口连接声光报警器模块4；所述NB无线传输子板12包括NB无线传输模块6；所述传感器子板13包含甲烷浓度检测模块1，采用了普适性设计，可以通过插拔更换甲烷传感器；子板间的可插拔使得设计的后期维护和更换变得更加灵活，可以适应各种不同的环境，更换需求时只需要更换某一或某几个子板即可，无需更换所有零件。

如图3所示，所述NB无线传输模块6包含NB模组和ipex天线座，ipex天线座通过电阻R1连接到NB模组U1A的NB信号收发引脚，NB模组的串口发送引脚通过电阻R6与主控制器2的主串口接收引脚相连，NB模组的串口接收引脚通过电阻R8与主控制器2的主串口发送引脚连接，NB模组的使能引脚通过电阻R2连接主控制器2的使能引脚，NB模组通过串口接收主控制器2的数据，通过NB信号收发引脚转化成900MHz频段的无线信号；NB模组为BC95-CM:B8，模组正常工作电压范围为3.1～4.2V，休眠状态下工作电流低至10uA；NB模组实现数据通信的信号灵敏度低至-135dBm；NB模组具备两个UART接口和一个ADC接口，UART接口用于NB模组与主控制器间的双向通信与NB模组的固件升级，ADC接口用于系统电量监测；BC95-CM:B8支持900MHz频段，通过移动蜂窝网络接入物联网云平台7。所述物联网云平台7分别与数据服务器8、用户终端9连接，通过UDP协议发送数据。

如图4所示，所述主控制器2通过主串口USART1连接NB无线传输模块6，通过第二串口USART2连接甲烷浓度检测模块1，通过10个普通I/O接口连接显示模块3，通过1个普通I/O接口连接声光报警器模块4；主控制器可采用意法半导体公司的低功耗微控制器STM32F302CC；微控制器基于Cortex-M4内核，微控制器带有16MB的FLASH和40KB的SRAM，休眠模式下电流低至30uA；工作电压范围为2.3～3.6V；显示模块3使用65*132点阵LCD显示屏，有背光，用大号字体清楚显示浓度数据，并显示报警状态和联网状态；声光报警器模块4采用防爆等级为ExdllCT6Gb的防爆声光报警器，具有超高亮发光管，最大声强达100db，光强范围为1800-2400mcd，频率1秒/次。

主控制器2还包括SPI Flash存储器、晶振电路和复位电路，主控制器2通过SPI接口连接SPI Flash存储器；所述晶振电路包括晶体X1、晶体X2、电容C18-C20，晶体X1的一端与电容C18的一端相连后接主控制器2的RCT时钟输入引脚，晶体X1的另一端与电容C19的一端相连后接主控制器2的RCT时钟输出引脚，晶体X2的一端与电容C20的一端相连后接主控制器2的主时钟输入引脚，晶体X2的另一端与电容C21的一端相连后接主控制器2的主时钟输出引脚，电容C18-C20的另一端均接地；所述复位电路包括电阻R23、电容C22和复位开关RST，复位开关RST的一端同时连接电阻R23的一端、电容C22的一端和主控制器2的复位信号输入引脚，复位开关RST和电容C22的另一端连接到地，电阻R23的另一端连接到3.3V电源；

如图5和图6所示，电源模块24V输入电压直接供给声光报警器模块4，将24V的输入电源降压到5V和3.3V，其中3.3V为甲烷浓度检测模块1供电，5V再降压到3.3V和3.8V为主控制器2与NB无线传输模块6提供工作电源。

如图7所示，甲烷浓度检测模块1通过UART接口J8连接主控制器2，同时预留模拟量传输接口J7连接主控制器2。甲烷浓度检测模块1可使用进口红外式甲烷浓度传感器，测量0-100％LEL，精度达0.1％LEL，工作电流为15mA。

本实用新型的具体实施过程如下：按照上述描述搭建系统，并进行在防爆壳体内安装电路，连接线使用具有防爆等级的安全线缆。上电后，通过显示模块观察沼气浓度和设备联网状态，并在物联网云平台上注册设备，完成系统的连通性测试。甲烷浓度数据上传至物联网云平台，可以实时显示各点的沼气浓度信息和报警情况，在物联网云平台上下发报警阈值给主控制器，随着浓度接近阈值，主控器会提升甲烷浓度检测模块的采集频率和上报数据的频率，在现场沼气浓度超出报警阈值时，声光报警器模块将发出强光和报警声，提醒在场人员发生泄露。物联网云平台通过设置报警通知的人的联系方式，发生泄露时及时通知相关人员。记录断网时间及断点时间并上传物联网云平台，运行状况异常时，快速判断故障原因，并派人进行维护。

Claims (1)

1.一种基于NB-IoT的沼气泄露监控系统，其特征在于：该系统包括甲烷浓度检测模块(1)、主控制器(2)、显示模块(3)、声光报警器模块(4)、电源模块(5)、NB无线传输模块(6)、物联网云平台(7)、数据服务器(8)和用户终端(9)；系统采用多层电路板接插的方式组合而成，电路板从上至下依次为：NB无线传输子板(12)、主子板(10)、电源子板(11)、传感器子板(13)；所述主子板(10)包含主控制器(2)及显示模块(3)；所述电源子板(11)包含电源模块(5)及连接声光报警器模块(4)的接口，通过该接口连接声光报警器模块(4)；所述NB无线传输子板(12)包括NB无线传输模块(6)，所述传感器子板(13)包含甲烷浓度检测模块(1)；

所述甲烷浓度检测模块(1)通过UART接口J8或模拟量传输接口J7连接主控制器(2)；所述主控制器(2)通过主串口USART1连接NB无线传输模块(6)，通过第二串口USART2连接甲烷浓度检测模块(1)，通过10个普通I/O接口连接显示模块(3)，通过1个普通I/O接口连接声光报警器模块(4)；主控制器(2)还包括SPI Flash存储器、晶振电路和复位电路，主控制器(2)通过SPI接口连接SPI Flash存储器；所述晶振电路包括晶体X1、晶体X2、电容C18-C20，晶体X1的一端与电容C18的一端相连后接主控制器(2)的RCT时钟输入引脚，晶体X1的另一端与电容C19的一端相连后接主控制器(2)的RCT时钟输出引脚，晶体X2的一端与电容C20的一端相连后接主控制器(2)的主时钟输入引脚，晶体X2的另一端与电容C21的一端相连后接主控制器(2)的主时钟输出引脚，电容C18-C20的另一端均接地；所述复位电路包括电阻R23、电容C22和复位开关RST，复位开关RST的一端同时连接电阻R23的一端、电容C22的一端和主控制器(2)的复位信号输入引脚，复位开关RST和电容C22的另一端连接到地，电阻R23的另一端连接到3.3V电源；所述NB无线传输模块(6)包含NB模组和ipex天线座，ipex天线座通过电阻R1连接到NB模组的NB信号收发引脚，NB模组的串口发送引脚通过电阻R6与主控制器(2)的主串口接收引脚相连，NB模组的串口接收引脚通过电阻R8与主控制器(2)的主串口发送引脚连接，NB模组的使能引脚通过电阻R2连接主控制器(2)的使能引脚，NB模组通过串口接收主控制器(2)的数据，通过NB信号收发引脚转化成900MHz频段的无线信号，通过移动蜂巢网络接入物联网云平台(7)；所述物联网云平台(7)分别与数据服务器(8)、用户终端(9)连接，通过UDP协议发送数据。