化工廠環境監測系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型是關于化工廠環境監測系統，具體是基于物聯網的化工廠環境監測系統。系統由數據采集模塊、3G傳輸模塊、上位機模塊三部分組成。遠程環境監測終端通過ARM微處理器控制底層采集模塊傳感器采集各種數字和模擬信號，通過A/D轉換后對數據進行處理編碼打包，把數據打包成適合于傳輸的IP包，通過3G模塊進行傳輸，數據通過移動通信服務的基站傳輸到Internet網絡接入到監測中心的局域網中，由上位機的數據接收程序對數據進行分析處理，存入到服務器的數據表中。
【專利說明】
化工廠環境監測系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及化工廠環境監測領域，尤其是指一種基于物聯網的化工廠環境監測系統。
【背景技術】
[0002]目前，化工廠環境監測技術正在不斷被探索研究和投入使用。而傳統的工業環境監測工作主要以人工現場采樣、實驗室儀器分析為主。雖然在實驗室中分析手段完備，但實驗室監測存在監測頻次低、采樣誤差大、監測數據分散、不能及時反映污染變化狀況等缺陷。
[0003]隨著電子技術的發展，自動化程度的提高，有些化工廠采用有線控制方式，通過在化工廠排污口安裝環境監測裝置，自動監測污染物濃度。有線監測的好處在于數據傳輸的安全性好以及信號的穩定性高，但因監測點的廣泛分布性需要進行大量的線路鋪設，提高了系統的建設成本，降低了系統的可維護性，在一些地理條件差的地區系統的搭建也極其困難。
【發明內容】
[0004]針對上述技術問題，本實用新型提供一種化工廠環境監測系統，具體說可實時監測化工廠主要污染物的無線傳感器系統，具體技術方案為:基于物聯網的化工廠環境監測系統，包括數據采集模塊、數據控制模塊、數據傳輸模塊、上位機模塊四部分，所述數據采集模塊由終端節點、路由節點和協調器組成，其中終端節點、路由節點和協調器依次通過ZigBee協議進行無線通信，且終端節點包含傳感器模塊、獨立電源模塊和Zigbee模塊;數據控制模塊核心板包括ARM微處理器，通過ARM微處理器控制底層采集模塊，底層采集模塊采集各種數字和模擬信號，經A/D轉換后對數據進行處理編碼打包，通過數據傳輸模塊進行傳輸，數據通過移動通信服務的基站傳輸到上位機模塊。
[0005]所述傳感器包括化學需氧量COD傳感器、懸浮物SS傳感器、氨氮傳感器、二氧化氮NO2傳感器、二氧化硫SO2傳感器和氯化氫HCL傳感器。它們負責監測化工廠環境參量。
[0006]所述ZigBee模塊的型號為CC2530。
[0007]所述數據采集模塊中，終端節點采集的數據通過zigbee協議經過路由節點傳送至協調器，協調器再經過RS232串口將所監測的數據傳送給ARM微處理器，其中，終端節點包括電源模塊、A/D轉換電路、CC2530模塊和傳感器模塊;獨立電源模塊為一套小型太陽能供電系統;協調器還可以允許和拒絕終端節點加入系統。
[0008]所述ARM微處理器的型號為S2C2410A，負責控制底層采集模塊并將傳感器采集的數據進行處理編碼打包。
[0009]所述數據傳輸模塊為3G傳輸模塊。通過移動通信服務的基站，將數據傳輸到上位機模塊。
[0010]所述上位機模塊的結構為B/S模式，主要包括用戶主機和移動電子設備。用戶主機或移動電子設備顯示當前化工廠環境參量和歷史數據的查詢，當接收到的污染物含量數據超過閾值上限時，在監控界面以不同顏色顯示報警曲線。
[0011]上述技術方案具有如下有益效果:利用傳感器-數據采集模塊-數據控制模塊-數據傳輸模塊-上位機這一無線化工廠環境監測系統，以較低成本實現對化工廠環境的實時監測。并且用戶在監測區域靈活的布置傳感器，采用ZigBee協議進行無線網絡的數據交換，真正實現了物與物的相連。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型化工廠環境監測系統的結構原理圖；
[0013]圖2是本實用新型化工廠環境監測系統的硬件電路結構框圖；
[0014]圖3是本實用新型化工廠環境監測系統采集終端太陽能電源模塊；
[0015]圖4是本實用新型化工廠環境監測系統的ZigBee模塊組網結構圖；
[0016]圖5是本實用新型化工廠環境監測系統采集模塊終端節點的硬件原理圖；
[0017]圖6是本實用新型化工廠環境監測系統采集模塊協調器的硬件原理圖。
【具體實施方式】
[0018]如圖1、4、5所示，基于物聯網的化工廠環境監測系統，包括數據采集模塊1、數據控制模塊2、數據傳輸模塊3、上位機模塊5四部分，所述數據采集模塊I由終端節點17、路由節點18和協調器19組成，其中終端節點17、路由節點18和協調器19依次通過ZigBee協議進行無線通信，且終端節點17包含傳感器模塊21、獨立電源模塊6和Zigbee模塊22。數據控制模塊I核心板包括ARM微處理器2，通過ARM微處理器2控制底層采集模塊I，傳感器21采集各種數字和模擬信號，經A/D轉換后對數據進行處理編碼打包，通過數據傳輸模塊3進行傳輸，數據通過移動通信服務的基站4傳輸到上位機模塊5。
[0019]所述ARM微處理器2的型號為S2C2410A，負責控制底層采集模塊I并將傳感器21采集的數據進行處理編碼打包。
[0020]所述數據傳輸模塊3為3G傳輸模塊3。通過移動通信服務的基站4，將數據傳輸到上位機模塊5。
[0021 ]所述上位機模塊5包括用戶主機和移動電子設備。
[0022]如圖2所示，本化工廠環境監測系統的硬件結構主要包括了數據采集模塊1、數據控制模塊2和數據傳輸模塊3，數據采集I和數據控制模塊2主要負責數據的采集和數據傳輸的控制，數據傳輸模塊3主要負責數據的傳輸。
[0023]如圖2所示，現場數據采集終端的硬件設計主要包括獨立電源模塊6設計，數據采集模塊I電路設計，主控制器ARM微處理器2為核心的電路設計以及3G傳輸模塊3的USB接口電路設計。考慮到終端的使用地區在環境比較惡劣的地方，所以采用獨立電源供電，這樣不僅可以提高終端使用的廣泛性和便攜性還可以節省掉供電線路的鋪設成本，節約了社會資源，減少不必要的人力浪費。在數據終端添加USB 口電路作為3G上網卡的接口使用。目前3G網絡幾乎覆蓋了全國大多數地區，各個公司研制的3G無線上網卡信號越來越強，體積越來越小巧，而且只需使用一個通用的USB接口即可實現供電和數據聯網傳輸，不僅插拔方便，便于組裝而且功能也很完善。
[0024]如圖3所示，化工廠環境監測系統的采集終端的電源模塊6采用小型太陽能供電系統供電。小型太陽能供電系統由太陽能電池板7、小型蓄電池8、太陽能控制器9三部分組成。太陽能電池板7是太陽能供電系統中的核心部件，也是太陽能供電系統中最具價值的部分。它實際是一種半導體器件，其作用是將太陽輻射能轉換成電能，為蓄電池8充電，或推動直流負載10工作。當監測系統在夜晚成者陰雨天運行時，就需要配合蓄電池8給系統供電。本系統使用的蓄電池8為鉛酸電池，其作用是在有光照時蓄電池8存儲來自太陽能電池板7供出的電能，到需要蓄電池8供電時再將電能釋放出來供監測系統使用。太陽能控制器9的作用是對蓄電池8的充電電流和電壓進行控制，使其保持在正常范圍內，從而保障蓄電池8的工作穩定性，避免過充、過放的現象發生。
[0025]如圖4、5所示，化工廠環境監測系統中傳感器模塊包括化學需氧量⑶D傳感器11、懸浮物SS傳感器12、氨氮傳感器13、二氧化氮NO2傳感器14、二氧化硫SO2傳感器15和氯化氫HCL傳感器16。它們負責監測化工廠環境參量。
[0026]所述化學需氧量COD傳感器11型號為CSS70-A3B1A，懸浮物SS傳感器12型號為GE-TS，氨氮傳感器13型號為HW-NH-3，二氧化氮N02傳感器14型號為SNS156_ 5WK9 6756，二氧化硫SO2傳感器15型號為2SH12，氯化氫HCL傳感器16型號為ME3-HC1。
[0027]如圖4、5、6所示，無線傳感器網絡中，終端節點17采集的數據通過zigbee協議經路由節點18傳送至協調器19，協調器19再經過RS23 2串口 20將所監測的數據傳送給ARM微處理器2。終端節點17包括電源模塊6、A/D轉換電路23、CC2530模塊22和傳感器模塊21。協調器19包括電源模塊6和CC2530模塊22。另外，協調器19還可以允許和拒絕終端節點17加入系統。
【主權項】
1.化工廠環境監測系統，其特征在于:由數據采集模塊、數據控制模塊、數據傳輸模塊、上位機模塊四部分組成，所述數據采集模塊由終端節點、路由節點和協調器組成，其中終端節點、路由節點和協調器依次通過ZigBee協議進行無線通信，且終端節點包含傳感器模塊、獨立電源模塊和Zigbee模塊;數據控制模塊核心板包括ARM微處理器，通過ARM微處理器控制底層采集模塊，底層采集模塊采集各種數字和模擬信號，經A/D轉換后對數據進行處理編碼打包，通過數據傳輸模塊進行傳輸，數據通過移動通信服務的基站傳輸到上位機模塊。2.根據權利要求1所述的化工廠環境監測系統，其特征在于:所述傳感器包括化學需氧量⑶D傳感器、懸浮物SS傳感器、氨氮傳感器、二氧化氮N02傳感器、二氧化硫S02傳感器和氯化氫HCL傳感器。3.根據權利要求1所述的化工廠環境監測系統，其特征在于:所述獨立電源模塊為一套小型太陽能供電系統。4.根據權利要求1所述的化工廠環境監測系統，其特征在于:所述ZigBee模塊的型號為CC2530o5.根據權利要求1所述的化工廠環境監測系統，其特征在于:所述ARM微處理器的型號為S2C2410A。6.根據權利要求1所述的化工廠環境監測系統，其特征在于:所述數據傳輸模塊為3G傳輸。7.根據權利要求1所述的化工廠環境監測系統，其特征在于:所述上位機模塊的結構為B/S模式，主要包括用戶主機和移動電子設備。
【文檔編號】G08C17/02GK205451464SQ201620291325
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月11日
【發明人】侯頎, 丁衛紅, 劉金成
【申請人】淮陰工學院