CN208141572U - 一种基于分布式网络的工厂可燃气体检测报警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于分布式网络的工厂可燃气体检测报警系统，包括无线传感网络模块和穿戴设备模块。所述无线传感网络模块采用分布式网络监测方式，将无线监测节点分为主节点和从节点；温度传感器、接触燃烧式气体传感器、第二无线收发模块分别与CC2430从模块相连接构成从节点；LCD显示模块，第一无线收发模块、Sx1278射频收发模块分别与CC2430主模块相连接构成主节点；可穿戴设备包含电源模块、一个光指示器、一个蜂鸣器、一个RF信号接收模块和一个MCU模块。本实用新型克服当前技术的不足，除了能够精确检测可燃气体泄漏以外，有远距离、范围广、低功耗的优点，使工厂范围内的所有工作人员都能第一时间收到报警信息，从而做出最快的反应处理险情。

Description

一种基于分布式网络的工厂可燃气体检测报警系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于分布式网络的工厂可燃气体检测报警系统，属于可燃气体报警领域。

背景技术

随着工业技术的大发展，各工厂产生可燃气体的可能性越来越高，这个可燃气体一旦发生泄漏，可能会对工人的生命财产安全都造成不可估量的损失，因此，必须要有一种检测设备能够对可燃性气体的泄漏进行检测，对浓度变化尽早做出判断，及早的通知附近的工人，采取合理的措施防止事故的发生。

气体报警器的技术不断发展。与以往的报警器相比，现在的报警器从结构到功能上都有了很大的提高。近些年来，传感器行业经历这飞速的发展，气体检测仪，气体报警器的研究工作进展非常迅速，新的气体检测材料不断被发现，经过多次的技术创新，最近的传感器的灵敏度又实现了新的创新，接触燃烧式气体传感器的结构简单，工作性能稳定，气体浓度输出信号的线性度高，抗干扰能力强，弥补了半导体传感器受空气温度影响的不足。

ZigBee技术是一种先进的近距离、低功耗、抗干扰能力强、成本低、时延低、安全性高、可靠性高、网络容量大、网络拓扑能力优良、有效范围灵活、布网容易、工作频段灵活的双向无线通信技术。CC2430结合了领先的2.4GHz高频RF收发器的优良性能，业界标准的增强型8051CPU，系统内可编程闪存，8-KB RAM和许多其它强大的功能。

Sx1278作为射频模块，采用了Semtech公司独特的LoRa扩频通信技术，且集成了+20dBm功率放大器，使得该射频模块在维持较低运行功耗的同时在远距离传输方面具有非常卓越的性能，该模块可以实现最远4.8km的无线传输。

综合运用以上技术，可以实现精确可靠的工厂可燃气体检测远程报警系统。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题就是克服当前技术的不足，使报警系统除了能够精确的检测到可燃气体泄漏以外，实现了远距离、范围广、低功耗的优点，使工厂范围内的所有工作人员都能够第一时间收到报警信息，从而做出最快的反应处理险情。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案。

一种基于分布式网络的工厂可燃气体检测报警系统，包括无线传感网络模块和穿戴设备模块，其特征在于：

所述无线传感网络模块采用分布式网络监测方式，将无线监测节点分为主节点和从节点，该无线传感网络模块包含温度传感器、接触燃烧式气体传感器、CC2430主模块、LCD显示模块、第一无线收发模块、第二无线收发模块、CC2430从模块、声光报警模块、电源模块、Sx1278射频收发模块；

所述温度传感器、接触燃烧式气体传感器、第二无线收发模块分别与CC2430从模块相连接构成从节点；

所述LCD显示模块，第一无线收发模块、Sx1278射频收发模块分别与CC2430主模块相连接构成主节点；

所述电源模块分别与CC2430主模块、CC2430从模块连接；

所述可穿戴设备包含电源模块、一个光指示器、一个蜂鸣器、一个RF驱动电路模块和一个MCU模块；

所述RF驱动电路模块与MCU模块相连，所述MCU模块与光指示器和蜂鸣器相连接。

进一步地，所述温度传感器用于采集可燃气体漏气点的温度，所述接触燃烧式气体传感器用于检测从节点处附近环境的可燃气体浓度。

进一步地，所述Sx1278射频收发模块用于发送433MHz远距离射频信号。

进一步地，所述第一无线收发模块和第二无线收发模块即天线，用于CC2430主模块和CC2430从模块之间的数据传输。

进一步地，所述LCD显示模块用于显示温度传感器采集的温度信息以及显示漏气点位置。

进一步地，所述电源模块用于分别为温度传感器、接触燃烧式气体传感器、CC2430主模块、CC2430从模块、LCD显示模块、声光报警模块提供电能。

进一步地，所述主节点与从节点之间的无线通信是通过基于ZigBee通信协议的2.4GHz射频信号实现的，所述主节点与穿戴设备之间的通信是通过基于扩频通信技术的433Mhz的射频信号实现。

进一步地，所述穿戴设备中MCU模块正常情况下处于睡眠状态，在接收一定功率的信号后激活，使工人实时了解车间安全情况。

有益效果：

1、本实用新型将ZigBee无线通信技术、网络通信、单片机技术、射频技术、扩频通信技术以及穿戴技术完美的融合，利用传感器采集的信息进行分析，自动远程报警，增加了可燃气体报警的距离限制，提高了报警系统的简洁性，实现了报警设备的低能耗，达到了快速报警、快速定位的目的。

2、本实用新型采用基于ZigBee协议的无线传感网络技术进行组网，利用433MHz射频信号实现远距离传输，实现了远距离的可燃气体监控。

3、本实用新型的LCD显示屏可以显示出从节点处的温度，以及当可燃性气体泄漏时显示出泄漏点的位置。

4、本实用新型的穿戴设备，当采集到可燃性气体泄漏的信号时，自动报警，告诉所有附近的工作者，实现快速报警。

5、本实用新型的穿戴设备在非异常情况下，自动处于睡眠状态，实现了低能耗，长续航。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构图。

图2是本实用新型的穿戴设备模块结构图。

图3是本实用新型的网络设计框架示意图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案阐述更清晰，下面将结合附图对本发明做进一步描述。

下面结合附图1对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明。

如图1所示，一种基于分布式网络的工厂可燃气体检测报警系统，包含了无线传感网络信号监测模块以及穿戴设备模块，采用分布式网络监测方式，将各个从节点检测的信号发送到主节点。

所述穿戴设备模块包含电源模块、一个光指示器、一个蜂鸣器、一个信号接收模块和一个MCU模块。

所述无线传感网络监测模块分为主节点、从节点和电源模块。所述主节点包含LCD显示模块，第一无线通信模块、Sx1278射频收发模块和CC2430主模块；所述从节点包含温度传感器、声光报警器、第二无线通信模块、接触燃烧式气体传感器和CC2430从模块。

所述主节点中，LCD显示模块、Sx1278射频收发模块、第一无线收发模块分别与CC2430主模块相连接。

所述从节点中，温度传感器、接触燃烧式气体传感器、第二无线收发模块分别与CC2430从模块相连接。

所述电源模块分别与CC2430主模块、CC2430从模块相连接，所述温度传感器用于采集从节点监测处附近的环境温度，所述接触燃烧式气体传感器用于检测从节点处附近环境的可燃气体浓度，所述第一无线通信模块和第二无线通信模块用于CC2430主模块和CC2430从模块之间的数据传输，所述Sx1278射频收发模块是用于发送433MHz射频信号，所述LCD显示模块用于显示温度传感器采集的温度信息以及显示漏气点位置，所述声光报警模块（光指示器与蜂鸣器）用于报警通知附近工作人员，所述穿戴设备用于通知工厂内所有工作人员。

温度传感器采集从节点附近的温度数据并且通过CC2430从模块将数据打包，通过两个无线模块之间的传输，将数据传送到CC2430主模块，并将环境温度实时显示在LCD显示屏上。

接触燃烧式气体传感器将采集到的数据发送到CC2430从模块，从模块对可燃气体的浓度进行监测，检测节点将信号进行AD转换后发送到CC2430从模块，该数字信号会与CC2430从模块预先设定好的本地阀值进行比较，当该数字信号超过预先设定阀值时，驱动第二无线通信模块与第一无线通信模块建立连接，将报警信号发送到CC2430主模块，同时触发声光报警系统。若该数字信号未超过预先设定的阀值，也将发送信息给CC2430主模块，使其知道从节点处于正常工作状态，而不是故障状态。

CC2430主模块接收到来自CC2430从模块发送的信号后，对所接收到的信号进行判断并做出相应的处理。

a. 当接收到报警信息后，把发送报警信息的从模块的位置显示在LCD显示屏上，并通过CC2430相连接的Sx1278射频收发模块发送433MHz射频信号，这个射频信号是采用了扩频通信的技术，射频信号将传输到工厂内每一个穿戴设备上，并唤醒穿戴设备，使其从睡眠状态切换到正常工作状态，然后使穿戴设备发出报警声，通知穿戴该设备的工人。

b. 若接收到正常工作信号后，把接收到的CC2430从模块的温度信息显示到LCD显示屏上。

c. 若CC2430主模块在设定的一个时间周期T内未接收到来自从节点的正常工作状态信息，将认为该节点出现故障，发送预警消息至LCD显示屏，提醒工作人员进行查修维护。

下面结合附图2对穿戴设备工作原理做进一步的说明。

该穿戴系统由一个光指示器、一个蜂鸣器、一个射频驱动模块、MCU模块和电源模块组成。

所述光指示器和蜂鸣器是在接收到报警信号后，发出视觉和听觉信号，所述射频驱动模块是接收433MHz射频信号并激活处于睡眠中的MCU，所述电源模块是给MCU模块和射频驱动电路供电。所述射频驱动电路由天线、谐振电路、整流器和比较器组成。

若天线接收到射频信号后，通过谐振电路滤波，若是来自于主节点发送的433MHz射频信号，则该信号会转化为电流然后通过整流电路和比较器，然后引发MCU终端，从而使MCU从睡眠状态转换到工作状态，使穿戴设备正常工作。

下面结合附图3对网络设计框架做进一步的说明。

工厂生产一件产品往往由多个工序组成，所有可能产生多个可燃气体泄漏的地方，因而该系统采用分布式无线传感网络监控方式，将监测节点分为主节点和从节点，每一个可能产生安全问题的工序都安装一个或多个从节点，然后从节点检测的信息通过基于ZigBee协议的2.4GHz无线射频信号发送到主节点，主节点将接收到的信号进行处理，然后判断是否有可燃气体泄漏，若产生泄漏，则发出报警信号。

Claims (8)

1.一种基于分布式网络的工厂可燃气体检测报警系统，包括无线传感网络模块和穿戴设备模块，其特征在于：

所述无线传感网络模块采用分布式网络监测方式，将无线监测节点分为主节点和从节点，该无线传感网络模块包含温度传感器、接触燃烧式气体传感器、CC2430主模块、LCD显示模块、第一无线收发模块、第二无线收发模块、CC2430从模块、声光报警模块、电源模块、Sx1278射频收发模块；

所述温度传感器、接触燃烧式气体传感器、第二无线收发模块分别与CC2430从模块相连接构成从节点；

所述LCD显示模块，第一无线收发模块、Sx1278射频收发模块分别与CC2430主模块相连接构成主节点；

所述电源模块分别与CC2430主模块、CC2430从模块连接；

所述穿戴设备模块包含电源模块、一个光指示器、一个蜂鸣器、一个RF驱动电路模块和一个MCU模块；

所述RF驱动电路模块与MCU模块相连，所述MCU模块与光指示器和蜂鸣器相连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于分布式网络的工厂可燃气体检测报警系统，其特征在于：所述温度传感器用于采集可燃气体漏气点的温度，所述接触燃烧式气体传感器用于检测从节点处附近环境的可燃气体浓度。

3.根据权利要求1所述的一种基于分布式网络的工厂可燃气体检测报警系统，其特征在于：所述Sx1278射频收发模块用于发送433MHz远距离射频信号。

4.根据权利要求1所述的一种基于分布式网络的工厂可燃气体检测报警系统，其特征在于：所述第一无线收发模块和第二无线收发模块即天线，用于CC2430主模块和CC2430从模块之间的数据传输。

5.根据权利要求1所述的一种基于分布式网络的工厂可燃气体检测报警系统，其特征在于：所述LCD显示模块用于显示温度传感器采集的温度信息以及显示漏气点位置。

6.根据权利要求1所述的一种基于分布式网络的工厂可燃气体检测报警系统，其特征在于：所述电源模块用于分别为温度传感器、接触燃烧式气体传感器、CC2430主模块、CC2430从模块、LCD显示模块、声光报警模块提供电能。

7.根据权利要求1所述的一种基于分布式网络的工厂可燃气体检测报警系统，其特征在于：所述主节点与从节点之间的无线通信是通过基于ZigBee通信协议的2.4GHz射频信号实现的，所述主节点与穿戴设备之间的通信是通过基于LoRa扩频通信技术的433MHz频段的远距离通信。

8.根据权利要求1所述的一种基于分布式网络的工厂可燃气体检测报警系统，其特征在于：所述穿戴设备中MCU模块正常情况下处于睡眠状态，在接收一定功率的信号后激活，使工人实时了解车间安全情况。