一种基于ZIGBEE物联网的CO测控系统.pdf

本发明公开了一种基于zigbee物联网的CO测控系统，所述测控系统包括上位机、网关以及多个一氧化碳测控子系统；所述网关包括嵌入式中央处理器、zigbee协调器、GPRS模块以及电源模块；所述嵌入式中央处理器、zigbee协调器和GPRS模块之间采用串口通信；所述一氧化碳测控子系统则包括控制模块，一氧化碳检测模块，一氧化碳报警模块以及电源模块。本发明的优点是：实时监测区域内一氧化碳浓度，提前避免人员进入泄漏区域，提醒区域内人员规避；无需布线、无需管道，最大程度减少对空间的占用；一氧化碳报警模块和一氧化碳检测模块可以自行根据需要增减，确保施工现场完全处于检测范围内；自动化程度较高，节省人工。

1.  一种基于zigbee物联网的CO测控系统，其特征是，所述测控系统包括上位机、网关以及多个一氧化碳测控子系统；所述网关包括嵌入式中央处理器、zigbee协调器、GPRS模块以及电源模块；所述嵌入式中央处理器、zigbee协调器和GPRS模块之间采用串口通信；所述一氧化碳测控子系统则包括控制模块，一氧化碳检测模块，一氧化碳报警模块以及电源模块，所述控制模块包括MCU、zigbee路由器，所述一氧化碳检测模块包括zigbee终端节点、一氧化碳探测器、报警器，所述一氧化碳报警模块包括zigbee终端节点、风机、报警器。

2.  根据权利要求1所述的一种基于zigbee物联网的CO测控系统，其特征是，所述上位机设置有人机交互界面，所述人机交互界面显示现场各个区域的一氧化碳浓度，在一氧化碳超标时，所述上位机启动报警程序并通过短信发送通知信息。

3.  根据权利要求1所述的一种基于zigbee物联网的CO测控系统，其特征是，所述模块之间通过zigbee无线技术通信，主要由模块中的zigbee节点来实现；所述zigbee节点包括协调器、路由器、终端节点三种类型，分别位于网关、子系统控制模块、一氧化碳检测模块和报警模块；所述终端节点与一氧化碳探测器、报警器和风机相连。

4.  根据权利要求1所述的一种基于zigbee物联网的CO测控系统，其特征是，所述电源模块将外接220V电源并转换为zigbee芯片工作的电压。

5.  根据权利要求1所述的一种基于zigbee物联网的CO测控系统，其特征是，所述一氧化碳探测器检测到一氧化碳浓度超标发送产生报警信号，报警信号经过zigbee终端节点、路由器传送给所在子系统控制模块的MCU，MCU产生控制信号，再经过路由器、zigbee终端节点触发报警器和风机，同时zigbee终端节点将报警信号通过路由器、协调器发送给网关内的嵌入式中央处理器，所述中央处理器发送控制信号启动其他子系统的报警器，将信息通过GPRS传送给上位机。

6.  根据权利要求1所述的一种基于zigbee物联网的CO测控系统，其特征是，所述路由器负责多个下级zigbee终端节点；所述路由器和协调器通信的同时也与其他路由器通信；整个zigbee网络中的协调器、路由器、终端节点为mesh型网络结构。

7.  根据权利要求1或5所述的一种基于zigbee物联网的CO测控系统，其特征是，所述MCU与探测器、风机、报警器、zigbee终端节点通过电源模块电气相连。

8.  根据权利要求1所述的一种基于zigbee物联网的CO测控系统，其特征是，所述测控系统网络中某个路由器故障时，原本通过该路由器与协调器通信的节点自动寻找最近的备选路由器来代替，同时上位机显示故障路由器的信息。

9.  根据权利要求1所述的一种基于zigbee物联网的CO测控系统，其特征是，所述测控系统设置有3种报警方式，采用任一方式独立报警或者采用任意两种方式组合报警或者采用三种方式组合报警：
（1）本地报警：一氧化碳探测器产生报警信号，直接触发外接报警器；
（2）控制模块报警：一氧化碳探测器产生报警信号，通过zigbee终端节点送给控制模块，控制模块将信号发送到报警模块，触发报警器和风机；
（3）上位机报警：上位机产生报警指令，通过网关、zigbee路由器和zigbee终端节点发送到报警模块，触发报警器。

一种基于zigbee物联网的CO测控系统
技术领域
本发明涉及一种施工现场一氧化碳检测监控系统，尤其是涉及一种基于zigbee物联网的CO测控系统。
背景技术
工业建设施工中，经常需要接触到各种工业气体，其中一氧化碳是比较常见的危险性工业气体。一氧化碳无色无味，当其在空气中浓度较高时，人会产生急性中毒现象，严重的甚至导致死亡。与一般家用煤气不同，工业煤气中的一氧化碳浓度更高，危险性也更大；例如高炉煤气中一氧化碳约占20%，而转炉煤气中一氧化碳含量更是高达60%~80%。
在技改或检修工程中，生产与施工同时进行，施工区域隔离不够完全，现场施工人员随时有暴露在高浓度一氧化碳气体下的危险。现有技术常采用施工人员佩戴一氧化碳探测表的方法来预防中毒，其反应时间一般在30秒以内。然而高浓度一氧化碳毒性极强，人体接触后一般很快就会晕厥从而丧失自救能力。这种情况下，等一氧化碳探测表报警之后再做反应为时已晚，并不能很好的起到预防中毒的作用，所以预防性更强的一氧化碳测气体测控系统的研究就显得十分重要。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种无需布线、无需管道、监测区域内一氧化碳浓度，能提前避免人员无入泄漏区域、自动检测一氧化碳浓度并启动风机加快空气流通的一种基于zigbee物联网的CO测控系统。
本发明的一种基于zigbee物联网的CO测控系统，所述测控系统包括上位机、网关以及多个一氧化碳测控子系统；所述网关包括嵌入式中央处理器、zigbee协调器、GPRS模块以及电源模块；所述嵌入式中央处理器、zigbee协调器和GPRS模块之间采用串口通信；所述一氧化碳测控子系统则包括控制模块，一氧化碳检测模块，一氧化碳报警模块以及电源模块，所述控制模块包括MCU、zigbee路由器，所述一氧化碳检测模块包括zigbee终端节点、一氧化碳探测器、报警器，所述一氧化碳报警模块包括zigbee终端节点、风机、报警器。
所述上位机设置有人机交互界面，所述人机交互界面显示现场各个区域的一氧化碳浓度，在一氧化碳超标时，所述上位机启动报警程序并通过短信发送通知信息。
所述模块之间通过zigbee无线技术通信，主要由模块中的zigbee节点来实现；所述zigbee节点包括协调器、路由器、终端节点三种类型，分别位于网关、子系统控制模块、一氧化碳检测模块和报警模块；所述终端节点与一氧化碳探测器、报警器和风机相连。
所述电源模块将外接220V电源并转换为zigbee芯片工作的电压。
所述一氧化碳探测器检测到一氧化碳浓度超标发送产生报警信号，报警信号经过zigbee终端节点、路由器传送给所在子系统控制模块的MCU；MCU产生控制信号，再经过路由器、zigbee终端节点触发报警器和风机，同时，zigbee终端节点将报警信号通过路由器、协调器发送给网关内的嵌入式中央处理器，所述中央处理器发送控制信号启动其他子系统的报警器，将信息通过GPRS传送给上位机。
所述路由器负责多个下级zigbee终端节点；所述路由器和协调器通信的同时也与其他路由器通信；整个zigbee网络中的协调器、路由器、终端节点为mesh型网络结构。
所述MCU与探测器、风机、报警器、zigbee终端节点通过电源模块电气相连。
所述测控系统网络中某个路由器故障时，原本通过该路由器与协调器通信的节点自动寻找最近的备选路由器来代替，同时上位机显示故障路由器的信息。
所述测控系统设置有3种报警方式，采用任一方式独立报警或者采用任意两种方式组合报警或者采用三种方式组合报警：
（1）本地报警：一氧化碳探测器产生报警信号，直接触发外接报警器；
（2）控制模块报警：一氧化碳探测器产生报警信号，通过zigbee终端节点送给控制模块，控制模块将信号发送到报警模块，触发报警器和风机；
（3）上位机报警：上位机产生报警指令，通过网关、zigbee路由器和zigbee终端节点发送到报警模块，触发报警器。
本发明的有益效果是：（1）实时监测区域内一氧化碳浓度，提前避免人员进入泄漏区域，提醒区域内人员规避；（2）无需布线、无需管道，最大程度减少对空间的占用；（3）一氧化碳报警模块和一氧化碳检测模块根据需要可以自行增减，确保施工现场完全处于检测范围内；（4）自动化程度较高，节省人工。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的上位机的功能示意图。
图3是技本发明的网关的结构示意图。
图4是本发明的一个测控子系统的结构示意图。
图5是本发明的zigbee网络结构示意图。
图6是本发明的部分路由器不可用时自组织的zigbee网络结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
如图1所示，本发明公开了一种基于zigbee物联网的CO测控系统，其结构上可以分成上位机、网关以及许多一氧化碳测控子系统。信号在系统中的传输为：一氧化碳检测模块通过控制模块、网关向上位机发送上行信号；上位机通过网关、控制模块向一氧化碳报警模块发送下行信号。
如图2所示，本测控系统的上位机应该包括3个功能：1、人机交互界面显示现场各个区域的一氧化碳浓度，方便工程管理人员以此为据，安排施工；2、当无法与某个测控子系统通信时，界面显示故障信息，提醒技术人员检查相应设备；3、一氧化碳超标时，界面报警并通过短信通知施工负责人。人机交互界面可以采用Visual Basic软件制作，短信报警则可以利用飞信等短信发送软件。
如图3所示，网关包括嵌入式中央处理器、zigbee协调器、GPRS模块以及电源模块。嵌入式中央处理器、zigbee协调器和GPRS模块之间采用串口通信。
如图4所示，一个一氧化碳测控子系统包括控制模块、一氧化碳检测模块、一氧化碳报警模块、电源模块。其中控制模块包括MCU、zigbee路由器。一氧化碳检测模块包括zigbee终端节点、一氧化碳探测器、报警器。一氧化碳报警模块包括zigbee终端节点、风机、报警器。
子系统中一氧化碳检测模块与一氧化碳报警模块成对配置。在本系统中至少要有一对一氧化碳检测模块和报警模块。一套一氧化碳测控子系统中的报警模块和检测模块并非只能为一对，可以自行根据需要增减，确保检测范围完全覆盖施工现场。
本系统模块间通信由基于zigbee的无线通信技术实现。本实施方式中，探测器收集到的一氧化碳浓度信息经过zigbee终端节点、路由器传送给所在子系统控制模块的MCU；MCU产生控制信号，再经过路由器、zigbee终端节点发送到报警器和风机，启动报警和通风。同时，zigbee终端节点也将报警信号通过路由器、协调器发送给网关内的嵌入式中央处理器。中央处理器发送控制信号启动其他子系统的报警器，同时将信息通过GPRS传送给上位机。
本系统的zigbee网络结构示意为mesh型网络，如图5所示。一个路由器负责多个下级zigbee终端节点；路由器和协调器通信的同时也与其他路由器通信；远处路由器通过近处路由器与协调器通信。这样使得整个一氧化碳测控系统的覆盖范围不受zigbee技术传输距离的限制，相比于常用的树型或星型能够覆盖更大的面积；当网络中某个路由器故障时，其他路由器寻找另外的备选路由器实现与协调器的通信。
当zigbee网络中某一路由器故障或断电时，其他路由器寻找备用线路与协调器通信，自组织成新的zigbee网络，此时新的zigbee网络结构示意如图6所示，故障的路由器并没有影响其他路由器；这样在扩大zigbee网络覆盖面积的同时，提高了整个网络的稳定性，最大程度减少因为路由器故障或断电对整个zigbee网络造成的影响。
图5和图6所示以4个路由器组成的zigbee网络为例介绍本发明，技术人员进行zigbee组网时，可以根据实际需要设置更多的路由器以扩大监控范围。
测控系统和一氧化碳探测表相比，一氧化碳测控系统在阀门、管道焊口、重点防控区域等容易泄漏处设置多个固定探测器，从而保证及时发现险情，启动报警器防止施工人员误入，并启动风机加快空气流通；通过Zigbee无线网络技术将信息传递到主控制模块，再通过GPRS发送到上位机，上位机通过界面报警、短信通知等方式传达给主要负责人员，便于工程管理人员确定施工计划，提高施工的信息化程度，进一步保证施工安全。
测控系统采用Zigbee技术实现信息无线传输，避免了现场布局布线的麻烦，使得整套测控系统安装方便、易于维护。