CN210007722U - 基于物联网的化工厂可视化安全监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于物联网的化工厂可视化安全监测系统，包括若干个传感器组件、若干个用于采集传感器组件数据的数据采集器、若干个用于接收数据采集器采集数据的数据处理器、若干个与数据处理器连接的用于发送和接收数据的LORA无线通信模块、一个与LORA无线通信模块连接的用于数据转发的云端传输网关、一个与云端传输网关连接的用于数据处理及显示的监控终端，传感器组件、数据采集器、数据处理器和LORA无线通信模块的数量保持一致，数据处理器上设有声光报警器。本系统的集成度高、环境信息监测实时可靠，可有效实现化工厂环境的可视化安全监控，确保化工厂的工作人员的人身安全及财产安全。

Description

基于物联网的化工厂可视化安全监测系统

技术领域

本实用新型涉及化工厂环境状态数据监测技术领域，尤其涉及一种基于物联网的化工厂可视化安全监测系统。

背景技术

对于化工行业来说，安全是提升生产效率的基本前提。近几年，我国的化工企业因为发生安全事故而造成人员伤亡的数目每年达到上千人，而这些工伤事故所造成的经济损失和人员伤亡损失达到了上亿元。目前市场上的环境状态监测仪尚不能提供实时的数据进入化工厂监测系统，需要人为的控制与监察。

发明内容

本实用新型是针对现有的化工厂监测系统所存在的缺陷，提供一种基于物联网的化工厂可视化安全监测系统，系统中布设有若干个能够实时监测化工厂内环境状态的无线环境监测采集节点，配合数据处理器对传感数据进行分析后由监控终端进行显示和控制，同时能够发出声光预警提示。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为，一种基于物联网的化工厂可视化安全监测系统，包括若干个传感器组件、若干个用于采集传感器组件数据的数据采集器、若干个用于接收数据采集器采集数据的数据处理器、若干个与数据处理器连接的用于发送和接收数据的LORA无线通信模块、一个与LORA无线通信模块连接的用于数据转发的云端传输网关、一个与云端传输网关连接的用于数据处理及显示的监控终端，传感器组件、数据采集器、数据处理器和LORA无线通信模块的数量保持一致，数据处理器上设有声光报警器。

作为本实用新型的一种改进， 所述传感器组件包括温湿度传感器、火焰传感器、CO传感器、苯气体传感器、烟雾传感器等传感器，温湿度传感器、火焰传感器、CO传感器、苯气体传感器、烟雾传感器均连接数据采集器的传感数据输入端口。

作为本实用新型的一种改进， 所述数据采集器和数据处理器采用STM32F103RCT6最小系统板进行设计，所述LORA无线通信模块包括LORA无线收发模块和天线，LORA无线收发模块连接STM32F103RCT6最小系统板的串口，LORA无线收发模块通过天线和云端传输网关相连。

作为本实用新型的一种改进，所述云端传输网关包括LORA网关、STM32F103C8T6最小系统板、以太网通信模块、蓝牙/WIFI通信模块、4G/5G通信模块、电源适配器和云端服务器，电源适配器连接STM32F103C8T6最小系统板的供电端口，为云端传输网关提供电源，LORA网关通过SPI总线连接STM32F103C8T6最小系统板的信号输入端，STM32F103C8T6最小系统板的信号输出端分别连接以太网通信模块、蓝牙/WIFI通信模块、4G/5G通信模块，以太网通信模块、蓝牙/WIFI通信模块和4G/5G通信模块的信号输出端均与云端服务器相连，云端服务器连接监控终端。

作为本实用新型的一种改进， 所述温湿度传感器采用STH11数字温湿度传感器，火焰传感器采用远红外接收器+LM393芯片，CO传感器采用LM393芯片+MQ-7气体传感器，烟雾传感器采用LM393芯片+MQ-2烟雾传感器。

作为本实用新型的一种改进， 所述LORA无线收发模块采用M-KL9无线透传模块，该模块是LORA串口透传通信模块，采用SX1278芯片进行设计。

作为本实用新型的一种改进，所述LORA网关包括LORA射频收发器和天线，LORA射频收发器连接天线，LORA射频收发器采用SX1278芯片进行设计。

作为本实用新型的一种改进， 还包括电源模块和FLASH存储器，电源模块连接STM32F103RCT6最小系统板的供电端口，电源模块为传感器组件、数据采集器、数据处理器、LORA无线通信模块提供电源，FLASH存储器与STM32F103RCT6最小系统板相连，对环境监测数据进行保存。

作为本实用新型的一种改进， 所述电源模块采用2500mAh可充电锂电池进行供电。

作为本实用新型的一种改进，所述监控终端采用PC机、智能手机、PDA移动终端中的任一种。

相对于现有技术，本实用新型的整体结构设计巧妙，结构简单合理，易于实现及安装使用，通过设置的传感器组件对化工厂室内环境的温湿度、火焰、CO气体、苯气体及烟雾等环境信息进行全面实时监测，并将数据通过数据处理器进行压缩预处理后由LORA无线通信模块上传至云端传输网关，由云端传输网关转发给监控终端，由监控终端实时显示环境监测数据，监测部门通过监控终端实时掌控化工厂内所存在的安全隐患，并在当环境监测数据即将达到设定的危险阈值时，发送紧急报警信号给数据处理器，由数据处理器启动声光报警器进行紧急声光报警，由监测人员及时规范工厂车间作业或及时疏散撤离工作人员，从而保障工作人员生命安全及化工厂的财产安全。本系统采用的LORA无线通信模块和LORA网关利用窄带物联网的扩频无线数据传输技术，并将包含LORA无线通信模块的多环境监测采集节点和一个LORA网关采用星型拓扑结构，通过一个LORA网关对所有环境监测采集节点进行数据远距离传输，从而实现多环境监测采集节点的监测数据集中控制的功能，大大节约了系统的实现成本，同时将LORA无线通信模块与传感器组件、数据采集器及数据处理器进行集成模块化设计，使得具有集成度高、可扩展性好、覆盖范围广、采集节点多、传输距离远、功耗少、成本低及架构优等特点，并且在其中一个传感器组件产生故障时并不影响其他传感器组件的数据采集工作，非常适合化工厂的复杂环境。

附图说明

图1为本实用新型优选实施例的可视化安全监测系统的结构框图。

图2为本实用新型优选实施例的可视化安全监测系统中环境监测采集节点的结构图。

图3为本实用新型优选实施例的可视化安全监测系统中云端传输网关的结构图。

具体实施方式

为了加深对本实用新型的理解和认识，下面结合附图对本实用新型作进一步描述和介绍。

如图1所示，为本实用新型优选实施例所示出的一种基于物联网的化工厂可视化安全监测系统，包括若干个传感器组件、若干个用于采集传感器组件数据的数据采集器、若干个用于接收数据采集器采集数据的数据处理器、若干个与数据处理器连接的用于发送和接收数据的LORA无线通信模块、一个与LORA无线通信模块连接的用于数据转发的云端传输网关、一个与云端传输网关连接的用于数据处理及显示的监控终端，传感器组件、数据采集器、数据处理器和LORA无线通信模块的数量保持一致，该数量根据化工厂的实际环境监测需要进行设置，一般地，一个云端传输网关可接收多达3000个由传感器组件、数据采集器、数据处理器和LORA无线通信模块集成在一起的环境监测采集节点的数据，并且在环境监测采集节点的数据处理器上设置声光报警器。所有环境监测采集节点上设有电源模块和FLASH存储器，利用电源模块为传感器组件、数据采集器、数据处理器、LORA无线通信模块提供电源，FLASH存储器与数据采集器及数据处理器相连，对环境监测数据进行保存，并可对数据处理器的运行参数做日志记录。

其中，如图2所示，所述传感器组件包括温湿度传感器、火焰传感器、CO传感器、苯气体传感器、烟雾传感器等传感器，温湿度传感器、火焰传感器、CO传感器、苯气体传感器、烟雾传感器均通过串口连接数据采集器的传感数据输入端口。进一步地，所述温湿度传感器采用STH11数字温湿度传感器，火焰传感器采用远红外接收器+LM393芯片，CO传感器采用LM393芯片+MQ-7气体传感器，烟雾传感器采用LM393芯片+MQ-2烟雾传感器。

如图2所示，为了提高环境监测采集节点的集成度并实现环境监测采集节点的模块化，以便于安装布设，将数据采集器和数据处理器采用低功耗的STM32F103RCT6最小系统板进行设计，温湿度传感器、火焰传感器、CO传感器、苯气体传感器、烟雾传感器等传感器连接STM32F103RCT6最小系统板的串口，电源模块连接STM32F103RCT6最小系统板的供电端口，FLASH存储器通过I2C总线与STM32F103RCT6最小系统板相连。另外，所述LORA无线通信模块包括LORA无线收发模块和天线，LORA无线收发模块连接STM32F103RCT6最小系统板的串口，以实现对于传感数据的无线传输。进一步地，所述LORA无线收发模块采用M-KL9无线透传模块，该模块是LORA串口透传通信模块，采用SX1278芯片进行设计，内嵌LORAWAN无线通信协议，具有较高的接收灵敏度，覆盖半径可达3km以上，并且该模块内置飞思卡尔低功耗单片机，该模块与STM32F103RCT6最小系统板之间采用串口方式通信，可通过AT指令来配置模块参数，使用非常灵活方便。整个环境监测采集节点采用低功耗设计，STM32F103RCT6最小系统板上设有超强的休眠机制，休眠电流可低至10uA级，并且天线的发射功率可根据通信距离的RISS值自动调整，进一步实现了低功耗的通信功能。电源模块采用2500mAh可充电锂电池进行供电，电池电量至少可使用2年。并在STM32F103RCT6最小系统板上设置电源及工作指示灯，在当电池电量低于10%时，电源指示灯进行闪烁以提示电量低，并尽快进行充电。

此外，LORA无线收发模块通过天线和云端传输网关相连。如图3所示，所述云端传输网关包括LORA网关、STM32F103C8T6最小系统板、以太网通信模块、蓝牙/WIFI通信模块、4G/5G通信模块、电源适配器和云端服务器，电源适配器连接STM32F103C8T6最小系统板的供电端口，为云端传输网关提供电源。所述LORA网关包括LORA射频收发器和天线，LORA射频收发器连接天线，LORA射频收发器采用SX1278芯片进行设计，并采用LORAWAN通信协议。每个LORA无线通信模块与LORA网关之间采用扩频无线通信技术，最远通信距离可达10km，所有LORA无线通信模块与LORA网关之间采用星型拓扑结构，系统的通信实时性高，且数据接收稳定性好。

LORA网关通过SPI总线连接STM32F103C8T6最小系统板的信号输入端，STM32F103C8T6最小系统板的信号输出端分别连接以太网通信模块、蓝牙/WIFI通信模块、4G/5G通信模块，以太网通信模块、蓝牙/WIFI通信模块和4G/5G通信模块的信号输出端均与云端服务器相连，云端服务器连接监控终端，通过云端服务器对环境监测数据进行永久存储，并可随时对所有数据进行按需调用。所述监控终端采用PC机、智能手机、PDA移动终端中的任一种，可根据客户的需求进行配置。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.基于物联网的化工厂可视化安全监测系统，其特征在于：包括若干个传感器组件、若干个用于采集传感器组件数据的数据采集器、若干个用于接收数据采集器采集数据的数据处理器、若干个与数据处理器连接的用于发送和接收数据的LORA无线通信模块、一个与LORA无线通信模块连接的用于数据转发的云端传输网关、一个与云端传输网关连接的用于数据处理及显示的监控终端，传感器组件、数据采集器、数据处理器和LORA无线通信模块的数量保持一致，数据处理器上设有声光报警器。

2.如权利要求1所述的基于物联网的化工厂可视化安全监测系统，其特征在于，所述传感器组件包括温湿度传感器、火焰传感器、CO传感器、苯气体传感器、烟雾传感器，温湿度传感器、火焰传感器、CO传感器、苯气体传感器、烟雾传感器均连接数据采集器的传感数据输入端口。

3.如权利要求2所述的基于物联网的化工厂可视化安全监测系统，其特征在于，所述数据采集器和数据处理器采用STM32F103RCT6最小系统板进行设计，所述LORA无线通信模块包括LORA无线收发模块和天线，LORA无线收发模块连接STM32F103RCT6最小系统板的串口，LORA无线收发模块通过天线和云端传输网关相连。

4.如权利要求3所述的基于物联网的化工厂可视化安全监测系统，其特征在于，所述云端传输网关包括LORA网关、STM32F103C8T6最小系统板、以太网通信模块、蓝牙/WIFI通信模块、4G/5G通信模块、电源适配器和云端服务器，电源适配器连接STM32F103C8T6最小系统板的供电端口，为云端传输网关提供电源，LORA网关通过SPI总线连接STM32F103C8T6最小系统板的信号输入端，STM32F103C8T6最小系统板的信号输出端分别连接以太网通信模块、蓝牙/WIFI通信模块、4G/5G通信模块，以太网通信模块、蓝牙/WIFI通信模块和4G/5G通信模块的信号输出端均与云端服务器相连，云端服务器连接监控终端。

5.如权利要求4所述的基于物联网的化工厂可视化安全监测系统，其特征在于，所述温湿度传感器采用STH11数字温湿度传感器，火焰传感器采用远红外接收器+LM393芯片，CO传感器采用LM393芯片+MQ-7气体传感器，烟雾传感器采用LM393芯片+MQ-2烟雾传感器。

6.如权利要求5所述的基于物联网的化工厂可视化安全监测系统，其特征在于，所述LORA无线收发模块采用M-KL9无线透传模块。

7.如权利要求6所述的基于物联网的化工厂可视化安全监测系统，其特征在于，所述LORA网关包括LORA射频收发器和天线，LORA射频收发器连接天线，LORA射频收发器采用SX1278芯片进行设计。

8.如权利要求3-7任一项所述的基于物联网的化工厂可视化安全监测系统，其特征在于，还包括电源模块和FLASH存储器，电源模块连接STM32F103RCT6最小系统板的供电端口，电源模块为传感器组件、数据采集器、数据处理器、LORA无线通信模块提供电源，FLASH存储器与STM32F103RCT6最小系统板相连，对环境监测数据进行保存。

9.如权利要求8所述的基于物联网的化工厂可视化安全监测系统，其特征在于，所述电源模块采用2500mAh可充电锂电池进行供电。

10.如权利要求9所述的基于物联网的化工厂可视化安全监测系统，其特征在于，所述监控终端采用PC机、智能手机、PDA移动终端中的任一种。

Images