CN101545897A - 基于ZigBee技术的气体监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于ZigBee技术的气体监控系统。系统包括至少一个无线检测节点和一个主设备，其特征在于无线检测节点由微处理器、无线通信模块和数据采集器组成；主设备由微处理器和无线通信模块组成，并与计算机相连，可以将采集的数据送到计算机上。无线检测节点和主设备均具有无线通讯模块，能提供实时、高速、可靠的数据通信服务，完成对气体的各项参数的收集处理。上述气体监控系统利用ZigBee无线技术不仅可以实现对各种气体的浓度、温度、湿度及压力的检测，而且相对于传统的有线监控系统，具有低成本、低功耗、便于安装、应用灵活等优点，具备很强的扩展性。

Description

基于ZigBee技术的气体监控系统
技术领域
本发明涉及一种无线网络监测技术和自动控制系统，尤其涉及一种无线的气体监控系统。
背景技术
目前市面上有很多气体浓度或压力监控设备，例如二氧化碳检测仪、燃气泄漏报警器等，但这些气体监控器因采用传统方法制造，检测落后，体积庞大，功耗大，价格昂贵。企业用有害气体浓度监控系统，如果监管中心的测控主机距离检测目标很远，那么总线铺设的距离会很大，硬件投入成本、运行成本和维护成本都会很高。如果用于检测的传感器的分布比较分散，布线量就会成倍增加，各类成本也会成倍增加。而基于ZigBee的无线传感器网络具有结构简单，体积小，功耗低，成本低的特点。由此可以看出，开发设计一种基于ZigBee的无线传感网络技术的气体监控系统，不仅可以灵活布置传感器节点，直接或者间接通过汇节点集中传送空气中的各种安全指标信息到网络协调器，再由网络协调器经数据传输网络上传到监管控制中心，能够大大节省了总线铺设，降低硬件投入成本，从而来减小事故的发生。
ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术，同时也是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。它主要用于自动控制、传感、监控和远程控制等领域，是一种廉价的可供固定、便携或移动设备使用的无线连接技术。它有自己的无线电标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。最后，这些数据就可以进入计算机用于分析或者被另外一种无线技术如WiMax收集。
发明内容
本发明的目的是提供一种提供实时、高速、可靠的数据无线传输服务，实现各种气体的自动监控。
一种基于ZigBee技术的气体监控系统，包括至少一个无线检测节点和一个主设备，其特征在于无线检测节点由微处理器、无线通信模块和数据采集器组成，无线通信模块和数据采集器分别与微处理器连接，微处理器可以根据接收到的主设备的控制命令来控制数据采集器的工作状态；无线检测节点的工作状态分为工作和休眠两种状态。无线检测节点通过所述的无线通信模块将由数据采集器采集到的测量数据传送给所述的主设备，主设备由微处理器和无线通信模块组成，与PC机连接，无线通信模块与微处理器连接，主设备通过无线通信模块接收所述无线检测节点发送的测量数据，并将所述测量数据传送到PC机，由PC机进一步处理。PC机上运行有数据管理软件，为用户提供气体监控网络中的数据访问界面，并能够通过主设备访问ZigBee气体监控网络中所有无线检测节点的测量数据，并将数据保存，为用户提供数据查询、分析或报表生成服务。无线检测节点与主设备共同组成ZigBee无线气体监控网络。
所述的无线通信模块是符合ZigBee无线通信标准的通信单元。
所述的数据采集器包括但不局限于用来检测气体浓度、温度、湿度及压力的传感器。
本发明系统在工作时，位于检测区域的无线检测节点将数据采集器采集的测量数据，通过微处理器处理后，由无线通信模块发送给主设备，主设备把接收到的测量数据送到计算机上等待进一步处理。同时主设备可以通过无线通信模块向无线检测节点发送控制命令，控制无线检测节点的工作状态。无线检测节点上的微处理器通过无线通信模块收到控制命令后控制数据采集器的工作状态为休眠或工作，这种按需激活的工作模式可以达到降低功耗的目的。
上述气体监控系统利用ZigBee无线技术不仅可以实现对各种气体的浓度、温度、湿度及压力的检测，而且相对于传统的有线监控系统，具有低成本、低功耗、便于安装、应用灵活等优点，具备很强的扩展性。
附图说明
图1是基于ZigBee技术的气体监控系统示意图
图2是本发明的无线检测节点硬件结构图
图3是本发明主设备硬件结构图
图4是本发明的主设备的软件流程图
图5是本发明的无线检测节点的软件流程图
具体实施方式
以下将参照附图对本发明所述的基于ZigBee技术的气体监控系统的结构和运行步骤进行详细的描述。
如图1所示，本发明所述的基于ZigBee技术的气体监控系统中的无线监控网络包括无线检测节点1和主设备2组成。在监控单个区域时，检测节点1和主设备2组成星型网络拓扑结构，无线检测节点1自由加入或突出无线监控网络，主设备2接收无线检测节点1发送的数据并在液晶显示器上实时显示；用户可以直接操作主设备，也可以通过计算机软件来控制主设备。监控多区域时，由总主设备2和各个区域内主设备2和无线检测节点1组成网状网络，区域内主设备2可以充当路由器节点，当其他区域无线检测节点1与主设备2太远超出通信距离时，或者所在网路中断时自动通过其他无线检测节点1与主设备2通信。
如图2所示，无线检测节点1的内部模块连接关系为：微处理器分别与存储器、数据采集器、无线通信模块相连接，天线和无线通信模块相连接。无线通信模块是符合ZigBee无线通信标准的通信单元，采用休眠模块用来延长使用寿命。数据采集器可选择低功耗的传感器，将采集到的数值经转换后输入微处理器，经处理后无线传输给主设备2。检测节点采用两节1.5V的7号电池供电，如果采样周期为30秒，即使用休眠模块，则无线检测节点1的试用寿命在3年左右。
如图3所示，主设备2的内部模块连接关系为：微处理器分别与存储器、液晶显示器、无线通信模块和PC机相连接，天线和无线通信模块相连接。供电主设备2在上电后建立PAN网络，允许通讯范围内的无线检测节1点加入组成无形网络。PC机上的管理系统软件用于所有无线检测节点1及主设备2的管理与控制。主设备2采用不休眠模块，由于与PC机相连，因此由PC机供电即可。PC机上运行有数据管理软件，为用户提供气体监控网络中的数据访问界面，并能够通过主设备(2)访问ZigBee气体监控网络中所有无线检测节点1的测量数据，并将数据保存，为用户提供数据查询、分析或报表生成服务。
如图4所示，主设备2是无线监控网络的发起建立者，其软件实现过程如下：主设备2在软硬件初始化后开始建立新的PAN网络，搜索频道并显示网络ID号和频道号。然后进入无线监控状态监视空中无线信号，并开始循环处理过程：扫描是否有无线检测节点1请求加入网络，如有并确认是无线检测节点1，则允许其加入网络并分配16位网络地址；同时接收已入网的无线检测节点1发送的测量数据，并经数据处理发送到已连接的PC机；并检测是否有PC机的控制命令，如有则进行控制命令的发送程序。
如图5所示，无线检测节点1的软件流程图的实现过程如下：无线检测节点1经初始化后发送加入主设备所建立的PAN网络的信号，加入不成功继续发送请求加入网络信号，直至加入成功。加入成功后则获得主设备2分配的16位网络地址，之后进入循环过程：无线检测节点1正常运行，读取数据采集器的测量数据后经过处理通过无线通信模块将测量数据发送到主设备2，发送完成后该无线检测节点转入休眠状态，等待由主设备2发来的开关控制命令被激活后进入正常运行状态，再次读取数据采集器的测量数据发送给主设备，然后再次转入休眠状态，等待激活进行下次的测量数据采集发送的过程。

Claims (8)

1.一种气体监控系统，包括至少一个无线检测节点(1)和一个主设备(2)，其特征在于：所述无线检测节点(1)具有微处理器、无线通信模块和至少一个数据采集器组成，无线检测节点(1)通过所述的无线通信模块将由数据采集器采集到的测量数据传送给所述的主设备(2)，所述主设备(2)具有无线通信模块，与PC机连接，所述主设备(2)通过无线通信模块接收所述无线检测节点(1)发送的测量数据，并将所述测量数据传送到PC机，其中所述的无线通信模块是符合ZigBee无线通信标准的通信单元，所述的无线检测节点(1)与主设备(2)共同组成ZigBee无线气体监控网络。
2.如权利要求1所述的气体监控系统，其特征在于：所述的无线通信模块分为休眠模块和不休眠模块，所述的休眠模块用电池供电，必须通过长时间休眠来减少电能消耗从而延长电池寿命；所述的不休眠模块是指由稳定的电源供电，可持续工作而不需要休眠。
3.如权利要求1所述的气体监控系统，其特征在于：所述的数据采集器可以是用来检测气体浓度、温度、湿度及压力的传感器。
4.如权利要求1所述的气体监控系统，其特征在于：所述的PC机具有数据管理软件，用于保存所述测量数据为用户提供所述测量数据访问界面。
5.如权利要求4所述的气体监控系统，其特征在于：所述的数据管理软件是指基于PC机平台的应用软件，为用户提供所述的测量数据访问界面，并能够通过主设备(2)访问ZigBee气体监控网络中所有无线检测节点的测量数据，并将数据保存，为用户提供数据查询、分析或报表生成服务。
6.如权利要求2所述的气体监控系统，其特征在于：所述的休眠是指设备进入低功耗的工作状态从而延长电池的寿命，在这种工作状态下，设备不执行操作和数据处理，不响应除了唤醒事件之外的任何事件。
7.如权利要求6所述的气体监控系统，其特征在于：所述的唤醒是指设备响应的特定事件，从休眠状态恢复到正常运行状态的过程，被唤醒之后设备重新回到休眠之前的状态继续运行，可以正常接收、发送或处理数据，并且设备内部的数据不会因为休眠而丢失或更改。
8.如权利要求1所述的气体监控系统，其特征在于：所述的测量数据是指能够描述被测量物理量特征的一系列数值以及与这些数据对应的单位。
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