點位置布置
[0143] 裝置進行組網安裝時，先將單個裝置組裝好。如圖8所示，由于閥門區是易發生泄 露的關鍵區域，雖然面積不大，為提高可靠性，因此在靠近油罐閥門區左右兩側的位置上分 別安裝一個節點，作為網絡系統的主節點，并保持外罩底部距離地面高度為50~80厘米； 然后再按逆時針方向環繞油罐均布剩余的12個節點（對于20米直徑的油罐）。各節點距 離地面的高度與主節點一樣，節點的天線處距離油罐外壁面約130厘米的距離。
[0144] 5)節點工作流程
[0145] 當節點進入工作狀態時，首先微控制器模塊通過電子開關（B-I)給PID和溫度傳 感器上電，預熱20秒鐘后，通過選通電子開關（B-2)，依次接通氣路控制閥和微型氣栗的電 源并持續工作16秒，之后關閉微型氣栗和進氣閥門，待上述PID和溫度傳感器輸出結果穩 定后，由微控制器讀取檢測數據，并依據PID的溫度特性曲線對其輸出的油氣濃度數據進 行溫度校正，然后根據校正的檢測結果正常與否決定節點下一步的工作狀態。如果檢測結 果正常，則PID和溫度傳感器斷電，完成該節點本輪的環境氣體檢測任務，由微控制器控制 節點裝置進入休眠狀態；如果檢測結果超過警戒閾值（或異常），則控制PID斷電后延遲20 秒再通電，然后再次開啟微型氣栗和進氣閥門，持續工作20秒，如果此時檢測結果仍超過 閾值，則該節點認定發生了泄漏事件，此時啟動無線模塊，向主節點發送相關報警信息，如 果未超閾值，則認為是誤報（或數據異常），忽略此次異常，微控制器控制該裝置進入休眠 狀態。
[0146] 6)網絡工作流程
[0147] 在開啟裝置進行氣體檢測之前，先要將所環繞油庫的所有節點按奇偶相間分隔方 式分為A、B兩組，并將靠近油罐閥門區兩側的節點設置為主節點，具體布置位置如圖8所 不。
[0148] 在正常工作狀態時，保持A、B兩組依次工作與休眠，其工作流程如下：工作的一組 (設為A組）首先啟動PID，讓其預熱20秒后打開連接主進氣口的閥門，再打開微型氣栗， 進行預檢工作，持續約15秒，之后進入正常工作模式約5秒鐘，微控制器對來自PID的數字 油氣濃度信號進行分析與判斷，如果未達設定的報警閾值，則認為該節點正常，依次向主節 點發送正常狀態信號，主節點匯總組內所有節點的狀態信號；如果都正常，則由主節點向監 控中心發送一個正常通知信號，然后控制所有節點準備進入休眠模式，并同時通知另一個 主節點準備進入工作模式。
[0149] 如果在工作狀態下，有任一節點檢測到異常，則自動喚醒與其緊鄰的左、右側節點 進入工作模式，并依次打開三個機器口進行采樣檢測。如果只有一個節點檢測到異常，則認 為該節點工作異常，由主節點向監控中心發送節點異常的通知信號。如果有兩個以上的節 點檢測到異常，則認定為泄漏事件。此時又主節點向監控中心發送泄漏報警信號，并通知組 內其他節點繼續工作（不進入休眠狀態），直到監控中心發送已收到報警信息的確認信號。
【主權項】
1. 一種基于無線傳感的油庫燃油泄漏監測裝置，其特征在于，包括支架（15)和固定在 支架上的主箱體； 所述的主箱體內設有集氣裝置、氣體檢測室（8)、主控板（3)、電源模塊、排氣口（7)、氣 栗（10)和電磁氣閥（11);主箱體上還設有天線（16); 所述的主控板、氣栗和電磁氣閥、氣體檢測室以及電源模塊均置于固定在主箱體內的 長方體形、金屬材質的密封箱（14)內；電源模塊為主控板、電磁氣閥和氣栗供電； 集氣裝置通過電磁氣閥與氣體檢測室的入口相接；氣栗與氣體檢測室出氣口連接，氣 栗的出口與排氣口相連，形成由集氣口進入、再經由導氣管、電磁閥、氣體檢測室、氣栗、排 氣口出來的氣路，此氣路無泄漏地穿過金屬密封箱，并與密封箱內器件的電氣部分完全隔 離； 氣體檢測室設有PID和溫度傳感器，所述的PID為光離子化傳感器； 天線、PID和溫度傳感器均與主控板相連；氣栗和電磁氣閥受控于主控板。2. 根據權利要求1所述的基于無線傳感的油庫燃油泄漏監測裝置，其特征在于，主箱 體的外部設有一外罩（13);集氣裝置包括3個開口處裝有過濾網（5)的漏斗形的集氣口， 其中一個集氣口開口朝下放置在箱體的底部，作為主集氣口，另外2個集氣口分別安裝在 箱體內左右兩側壁上，開口朝外；三個集氣口的出口分別通過導氣管接到電磁閥的入口，可 通過控制電磁閥選擇其中一路與氣體檢測室連通。3. 根據權利要求1或2所述的基于無線傳感的油庫燃油泄漏監測裝置，其特征在于，所 述的電源模塊為鋰電池，在終端箱體上還設有太陽能電池組件；所述的太陽能電池組件包 括托架（17)、托架轉軸（18)、托架固定螺母（19)、托板（20)和太陽能電池板（22); 所述的托架通過托架轉軸和托架固定螺母與終端箱體頂部相連，使托架能相對于終端 箱體旋轉； 托板呈一傾斜角度設置在托架上；太陽能電池板設置在托架上，且太陽能電池板的底 部由托板支撐。4. 根據權利要求3所述的基于無線傳感的油庫燃油泄漏監測裝置，其特征在于，太陽 能電池組件還包括用于調整太陽能板傾斜角度的傾角調整螺桿；太陽能電池板的上端通過 軸銷（23)與托架的頂端相連；傾角調整螺桿呈水平方向設置在托架上，傾角調整螺桿的前 端穿過所述的托板作用在太陽能電池板的背面以驅動太陽能電池板繞軸銷抬升或降低。5. 根據權利要求4所述的基于無線傳感的油庫燃油泄漏監測裝置，其特征在于，主控 板上設有內含A/D轉換器的微控制器、支持無線傳感器網絡通信協議的無線射頻通信模塊 和用于控制氣栗、電磁閥、電源管理模塊的電子開關；所有電子開關均受控于微控制器，PID 和溫度傳感器的輸出端分別接入微控制器的A/D轉換器和數字輸入端口，所述的溫度傳感 器為數字溫度傳感器； 太陽能電池板通過導線與位于密封箱內的超級電容相連，且導線接頭處表面用絕緣膠 完全覆蓋保護，太陽能電池板通過充電管理器為鋰電池充電；通過電子開關選擇鋰電池或 超級電容為微控制器供電；天線通過電纜連接到主控板上的無線模塊，無線模塊與微控制 器連接并受控于微控制器；微控制器通過電子開關分別控制電磁氣閥、氣栗、PID和溫度傳 感器。6. 根據權利要求5所述的基于無線傳感的油庫燃油泄漏監測裝置，其特征在于，微控 制器采用MSP430系列控制器，電子開關采用ADG821或ADG823器件；主控板上的無線通信 模塊選用基于CC2530的通用通信模塊；PID選用ZPP6018001型VOC集成探測器；充電管理 器為集成器件CN3063 ;超級電容由兩個2. 7V、310F的電容器串接而成；氣栗選用GminiP-4 微型栗；電磁氣閥采用雙穩態脈沖電磁閥JSD128D。7. -種基于無線傳感的油庫燃油泄漏監測系統，其特征在于，以權利要求4-6任一項 所述的一個油庫燃油泄漏監測裝置為一個節點，由多個節點組成無線監測網絡系統； 所述的多個節點環繞油罐布置在油罐的周邊，并使得位于任一節點左、右的兩個相鄰 節點之間能直接無線通信，不能直接連通的節點之間能采用多跳方式通信，無線監測網絡 系統與監控主機以無線方式通信連接； 基于所述的無線監測網絡和通信主機監控油庫燃油泄漏。8. 根據權利要求7所述的基于無線傳感的油庫燃油泄漏監測系統，其特征在于，對于 20米直徑的油罐，所述的油庫燃油泄漏監測節點部署量為14個；14個節點沿油罐周向布 置；其中2個布置在油罐的閥門區邊界處，另外12個均勻布置在油罐的周邊的閥門區外的 區域；油庫燃油泄漏監測裝置的外罩底部距離地面高度為50~80厘米；天線距離油罐外 壁130厘米。9. 一種基于無線傳感的油庫燃油泄漏監測方法，其特征在于，采用權利要求8所述的 基于無線傳感的油庫燃油泄漏監測系統實施燃油泄漏監測； 監測過程為： 置于油罐閥門區兩側的二個節點為主節點，編為1號和2號，其他節點按逆時針方向依 次遞增編號，序號為奇數的節點和序號偶數的節點各為一組；由兩組節點組成的無線傳感 器網絡監測系統的工作步驟如下： a) 當前進入工作狀態的一組節點先啟動PID和溫度傳感器，10秒后打開連接主進氣口 的電磁閥門，然后打開氣栗，進行預檢；工作節點預檢測20秒后傳感器進入正常工作模式， 持續工作5秒； b) 工作節點若未探測到異常情況，則向主節點報送狀態正常信號并等待主節點命令； 主節點在收齊其他節點的報送信息后負責向監控主機（即監控中心）發送信號； c) 若工作節點在規定時限內未收到來自主節點的繼續工作命令，則先關閉氣栗，再關 閉連接主集氣口的閥門，之后進入休眠模式，但其無線模塊會間歇性地偵聽是否有緊急命 令，節點無論是正常還是緊急喚醒，都轉步驟a); d) 若有任一工作節點檢測到異常，則它以無線方式喚醒與其緊鄰的左、右2個節點進 入工作模式，這3個節點依次打開各自的三個集氣口采樣檢測，對所得檢測數據進行處理 分析（濾波和統計）后，依據閾值法（當前檢測的濃度值是否超過正常濃度均值的0.5倍 以上）判斷是否發生泄露事件，并向主節點發送自己的編號和正常或異常信號，并等待主 節點命令； e) 主節點根據自己的檢測數據或其他節點報送數據判斷是否發生泄露事件（當一個 節點和其鄰居節點均判定事件發生時，主節點判定事件可能發生）；若主節點判定無泄露 事件，則向所有當前處于工作狀態的節點發送正常工作命令，轉入下一步f);若主節點判 定發生泄漏事件，則向監控中心發送燃油泄漏報警信號并命令節點繼續工作，直至收到監 控中心回復的"報警信號已收到信號"； f)各節點若收到繼續工作的命令，則繼續工作；若未收到繼續工作命令，則按奇、偶數 分組，使當前處于正常工作期的那一組的節點轉入休眠狀態，待喚醒后轉步驟a);當前處 于休眠期的另一組節點則直接轉步驟a)。10.根據權利要求8所述的基于無線傳感的油庫燃油泄漏監測方法，其特征在于， 對于20米直徑的油罐，所述的節點為14個；其中2個布置在油罐的閥門區，另外12個 均勻布置在油罐的周邊的閥門區外的區域；外罩底部距離地面高度為50~80厘米；天線 距離油罐外壁130厘米； 位于閥門區的2個主節點之間的距離小于其他節點間距，它們與油罐中心構成的圓心 角為22度，則其余節點環繞油罐均勻分布，即當以相鄰節點和儲油罐中心為頂點構成的任 一扇區的圓心角為26度。
【專利摘要】本發明公開了一種基于無線傳感的油庫燃油泄漏監測裝置、系統及方法，所述裝置包括測控與通信模塊、集氣裝置、機械結構、電源模塊。含探測燃油揮發氣體的集成光離子化傳感器與溫度傳感器組合的測控與通信模塊控制集氣裝置，定期檢測油罐周圍的油氣濃度并以無線方式發送監測信息。所述系統及應用方法是以一個裝置為一個節點、環繞一個油罐布置多個節點組成檢測網，其中任一節點的兩個鄰節點均能直接通信，置于閥門區的主節點負責確認節點報送的異常信息并報送監控中心。本發明的優點是以無線傳感器網絡方式在線監測油庫燃油泄漏并報警，以帶太陽能補給的電池供電、以低功耗設計與管理以及低工作電壓與密封設計，達到安全、可靠并節能的工作要求。
【IPC分類】F17D5/02, G01V9/00, H04L29/08
【公開號】CN105003829
【申請號】CN201510472565
【發明人】劉少強, 樊曉平, 尹超, 劉延芳, 翦林鵬
【申請人】中南大學
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年8月5日