基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的液化石油氣鋼瓶管理系統(tǒng)
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1．1 數(shù)據(jù)采集層
數(shù)據(jù)采集層實(shí)現(xiàn)前端數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)打包發(fā)送及實(shí)地報(bào)警功能，采集的物理量包括鋼瓶表面溫度和可燃?xì)怏w濃度。該層主要由安裝在液化石油氣鋼瓶上的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)、中繼和網(wǎng)關(guān)設(shè)備構(gòu)成。傳感器節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)了鋼瓶的身份信息，并連接了氣體濃度傳感器和溫度傳感器，可以監(jiān)測(cè)可燃?xì)怏w泄漏情況及鋼瓶表面是否溫度過(guò)高。若檢測(cè)到有危險(xiǎn)情況，可通過(guò)蜂鳴器報(bào)警?；赗SSI(Received Signal Strength Indic ator)實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的定位。
1．2 數(shù)據(jù)傳輸層
數(shù)據(jù)傳輸層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集層和數(shù)據(jù)處理層之間的信息交互，主要包括鋼瓶信息上行傳輸和控制信息的下行發(fā)送功能。該層主要由公共基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，如以太網(wǎng)、WLAN、3G網(wǎng)絡(luò)、TD—LTE網(wǎng)絡(luò)等。本系統(tǒng)采用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。
1．3 數(shù)據(jù)處理層
數(shù)據(jù)處理層接收來(lái)自數(shù)據(jù)采集層的數(shù)據(jù)報(bào)文，并對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析、存儲(chǔ)及分析處理。數(shù)據(jù)處理層由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備等構(gòu)成。
1．4 應(yīng)用終端層
應(yīng)用終端層通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可以訪問(wèn)數(shù)據(jù)處理層，實(shí)現(xiàn)鋼瓶使用信息和監(jiān)管信息的查閱。應(yīng)用終端設(shè)備包括電腦、手機(jī)等訪問(wèn)終端。政府監(jiān)管部門(mén)通過(guò)該層可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼瓶信息的統(tǒng)一監(jiān)測(cè)，普通用戶(hù)通過(guò)該層實(shí)現(xiàn)對(duì)自家鋼瓶信息的查詢(xún)。
2 用于液化石油氣鋼瓶監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
用于液化石油氣鋼瓶監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)是數(shù)據(jù)采集層的關(guān)鍵設(shè)備，主要包括傳感器模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、微處理器模塊、無(wú)線通信模塊、報(bào)警模塊、電源模塊等，圖2所示是本系統(tǒng)的傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/159482.htm
圖2中的傳感器模塊包括可燃?xì)怏w傳感器和溫度傳感器，主要用于監(jiān)測(cè)可燃?xì)怏w濃度和鋼瓶表面溫度。信號(hào)調(diào)理模塊用于對(duì)傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行放大、隔離、濾波等處理。微處理器模塊包括非易失性存儲(chǔ)器模塊，用于存儲(chǔ)嵌入式軟件程序、鋼瓶的身份信息(包括生產(chǎn)廠商、生產(chǎn)日期、年檢日期)等。微處理器模塊用于控制傳感器模塊、無(wú)線通信模塊、報(bào)警模塊的工作，同時(shí)處理傳感器模塊采集的數(shù)據(jù)和無(wú)線通信模塊接收的數(shù)據(jù)。無(wú)線通信模塊可將來(lái)自微處理器的數(shù)據(jù)上傳給中繼或網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，并可接收來(lái)自中繼或網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的下行查詢(xún)信息，將其送予微處理器處理。電源模塊用于為整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)提供電源。報(bào)警模塊用于產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)。
系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器模塊信息由液化石油氣鋼瓶檢查機(jī)關(guān)寫(xiě)入。當(dāng)檢查機(jī)關(guān)檢驗(yàn)鋼瓶質(zhì)量合格后，為鋼瓶安裝該無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，并將生產(chǎn)廠商、生產(chǎn)日期寫(xiě)入非易失性存儲(chǔ)器模塊。鋼瓶檢查機(jī)關(guān)對(duì)鋼瓶定期檢測(cè)合格后，寫(xiě)入最新的檢測(cè)日期。傳感器模塊受微處理器模塊控制對(duì)可燃?xì)怏w濃度和鋼瓶表面溫度進(jìn)行采樣?？扇?xì)怏w傳感器將可燃?xì)怏w濃度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出，經(jīng)模擬信號(hào)調(diào)理模塊處理后，接入微處理器，再經(jīng)過(guò)A／D轉(zhuǎn)換將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)送予微處理器處理。溫度傳感器模塊將鋼瓶表面溫度信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)送予微處理器。微處理器對(duì)這兩種信號(hào)進(jìn)行分析處理，經(jīng)無(wú)線通信模塊上傳給中繼或網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，最終傳輸至數(shù)據(jù)中心。若經(jīng)微處理器分析發(fā)現(xiàn)可燃?xì)怏w濃度或鋼瓶溫度超出設(shè)定閾值，可能發(fā)生爆炸危險(xiǎn)時(shí)，系統(tǒng)將觸發(fā)報(bào)警器進(jìn)行聲光報(bào)警。
3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案
無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的微處理器模塊采用TI公司的MSP430F149。MSP430F149是一種16位超低功耗微控制器，其CPU采用16位RISC架構(gòu)，內(nèi)部集成有60KB閃存、2KBRAM、12位A／D轉(zhuǎn)換和2個(gè)USART0將60 KB閃存作為存儲(chǔ)器模塊，可用于嵌入式軟件程序和鋼瓶的身份信息(包括生產(chǎn)廠商、生產(chǎn)日期、年檢日期)。無(wú)線通信模塊采用ZigBee射頻芯片CC2420，并通過(guò)SPI接口與微處理器相連。電源模塊采用電池供電，然后通過(guò)電壓轉(zhuǎn)換電路輸出3．3 V電壓為各模塊供電。
無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)、中繼和網(wǎng)關(guān)采用ZigBee協(xié)議棧，可實(shí)現(xiàn)自組網(wǎng)。
無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)安裝于液化石油氣鋼瓶上，中繼或網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)安裝于小區(qū)樓房、鋼瓶充裝站及運(yùn)輸干道。當(dāng)鋼瓶被用戶(hù)在家使用、充裝、運(yùn)輸時(shí)，無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)與中繼、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)組成傳感器網(wǎng)絡(luò)。這樣，一方面，網(wǎng)關(guān)可將無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采用GPRS發(fā)送至數(shù)據(jù)中心；另一方面，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)也會(huì)定期下發(fā)鋼瓶查詢(xún)信息，當(dāng)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)收到查詢(xún)信息后，即可將鋼瓶信息上傳，然后經(jīng)中繼、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，最終送予數(shù)據(jù)中心。
無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的中繼和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的位置是固定的，故可以作為參考點(diǎn)，然后基于RSSI實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的定位，從而確定鋼瓶所在的位置。
數(shù)據(jù)中心主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、管理服務(wù)器，主要實(shí)現(xiàn)液化石油氣鋼瓶的檔案管理、充裝站監(jiān)管、鋼瓶運(yùn)輸車(chē)輛在線跟蹤，為應(yīng)用終端提供網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)服務(wù)。
4 結(jié)語(yǔ)
針對(duì)目前液化石油氣鋼瓶質(zhì)量不合格、液化石油氣泄漏、高溫烘烤、運(yùn)輸環(huán)節(jié)事故、非法供氣等問(wèn)題，本文提出了一種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的液化石油氣鋼瓶管理系統(tǒng)，同時(shí)設(shè)計(jì)了一種用于鋼瓶監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)。從而通過(guò)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)鋼瓶溫度和氣體濃度信息的檢測(cè)，并通過(guò)網(wǎng)關(guān)下發(fā)鋼瓶查詢(xún)信息、無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)上傳鋼瓶身份信息，以實(shí)現(xiàn)鋼瓶信息的自動(dòng)查詢(xún)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)報(bào)警和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳。本系統(tǒng)安全可靠，免除了人工巡檢工作，節(jié)省了人力物力。當(dāng)危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)，一方面，無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)可以自動(dòng)報(bào)警，提醒事發(fā)地人員及時(shí)處理；另一方面，監(jiān)控中心也可以通過(guò)監(jiān)測(cè)到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和定位信息來(lái)快速定位事故地點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)快速搶險(xiǎn)，降低事故損失。
評(píng)論