基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的液化石油氣鋼瓶管理系統
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1．1 數據采集層
數據采集層實(shí)現前端數據采集、數據打包發(fā)送及實(shí)地報警功能，采集的物理量包括鋼瓶表面溫度和可燃氣體濃度。該層主要由安裝在液化石油氣鋼瓶上的無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)、中繼和網(wǎng)關(guān)設備構成。傳感器節點(diǎn)存儲了鋼瓶的身份信息，并連接了氣體濃度傳感器和溫度傳感器，可以監測可燃氣體泄漏情況及鋼瓶表面是否溫度過(guò)高。若檢測到有危險情況，可通過(guò)蜂鳴器報警?；赗SSI(Received Signal Strength Indic ator)實(shí)現對無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)的定位。
1．2 數據傳輸層
數據傳輸層實(shí)現數據采集層和數據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網(wǎng)絡(luò )構成，如以太網(wǎng)、WLAN、3G網(wǎng)絡(luò )、TD—LTE網(wǎng)絡(luò )等。本系統采用GPRS網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳輸。
1．3 數據處理層
數據處理層接收來(lái)自數據采集層的數據報文，并對數據包進(jìn)行解析、存儲及分析處理。數據處理層由數據庫服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器、存儲設備等構成。
1．4 應用終端層
應用終端層通過(guò)網(wǎng)絡(luò )可以訪(fǎng)問(wèn)數據處理層，實(shí)現鋼瓶使用信息和監管信息的查閱。應用終端設備包括電腦、手機等訪(fǎng)問(wèn)終端。政府監管部門(mén)通過(guò)該層可以實(shí)現對鋼瓶信息的統一監測，普通用戶(hù)通過(guò)該層實(shí)現對自家鋼瓶信息的查詢(xún)。
2 用于液化石油氣鋼瓶監測的無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)設計
用于液化石油氣鋼瓶監測的無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)是數據采集層的關(guān)鍵設備，主要包括傳感器模塊、信號調理模塊、微處理器模塊、無(wú)線(xiàn)通信模塊、報警模塊、電源模塊等，圖2所示是本系統的傳感器節點(diǎn)結構圖。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/159482.htm
圖2中的傳感器模塊包括可燃氣體傳感器和溫度傳感器，主要用于監測可燃氣體濃度和鋼瓶表面溫度。信號調理模塊用于對傳感器輸出的信號進(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器模塊，用于存儲嵌入式軟件程序、鋼瓶的身份信息(包括生產(chǎn)廠(chǎng)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(xiàn)通信模塊、報警模塊的工作，同時(shí)處理傳感器模塊采集的數據和無(wú)線(xiàn)通信模塊接收的數據。無(wú)線(xiàn)通信模塊可將來(lái)自微處理器的數據上傳給中繼或網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)，并可接收來(lái)自中繼或網(wǎng)關(guān)節點(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)傳感器節點(diǎn)提供電源。報警模塊用于產(chǎn)生聲光報警信號。
系統中的存儲器模塊信息由液化石油氣鋼瓶檢查機關(guān)寫(xiě)入。當檢查機關(guān)檢驗鋼瓶質(zhì)量合格后，為鋼瓶安裝該無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)，并將生產(chǎn)廠(chǎng)商、生產(chǎn)日期寫(xiě)入非易失性存儲器模塊。鋼瓶檢查機關(guān)對鋼瓶定期檢測合格后，寫(xiě)入最新的檢測日期。傳感器模塊受微處理器模塊控制對可燃氣體濃度和鋼瓶表面溫度進(jìn)行采樣?？扇細怏w傳感器將可燃氣體濃度轉化為電信號輸出，經(jīng)模擬信號調理模塊處理后，接入微處理器，再經(jīng)過(guò)A／D轉換將其轉化為數字信號送予微處理器處理。溫度傳感器模塊將鋼瓶表面溫度信息轉化為數字信號送予微處理器。微處理器對這兩種信號進(jìn)行分析處理，經(jīng)無(wú)線(xiàn)通信模塊上傳給中繼或網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)，最終傳輸至數據中心。若經(jīng)微處理器分析發(fā)現可燃氣體濃度或鋼瓶溫度超出設定閾值，可能發(fā)生爆炸危險時(shí)，系統將觸發(fā)報警器進(jìn)行聲光報警。
3 系統實(shí)現方案
無(wú)線(xiàn)傳感器節點(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，內部集成有60KB閃存、2KBRAM、12位A／D轉換和2個(gè)USART0將60 KB閃存作為存儲器模塊，可用于嵌入式軟件程序和鋼瓶的身份信息(包括生產(chǎn)廠(chǎng)商、生產(chǎn)日期、年檢日期)。無(wú)線(xiàn)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)電壓轉換電路輸出3．3 V電壓為各模塊供電。
無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)、中繼和網(wǎng)關(guān)采用ZigBee協(xié)議棧，可實(shí)現自組網(wǎng)。
無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)安裝于液化石油氣鋼瓶上，中繼或網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)安裝于小區樓房、鋼瓶充裝站及運輸干道。當鋼瓶被用戶(hù)在家使用、充裝、運輸時(shí)，無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)與中繼、網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)組成傳感器網(wǎng)絡(luò )。這樣，一方面，網(wǎng)關(guān)可將無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)的數據采用GPRS發(fā)送至數據中心；另一方面，網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)也會(huì )定期下發(fā)鋼瓶查詢(xún)信息，當無(wú)線(xiàn)傳感器節點(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)節點(diǎn)，最終送予數據中心。
無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)的中繼和網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)的位置是固定的，故可以作為參考點(diǎn)，然后基于RSSI實(shí)現對無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)的定位，從而確定鋼瓶所在的位置。
數據中心主要包括數據庫服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器、管理服務(wù)器，主要實(shí)現液化石油氣鋼瓶的檔案管理、充裝站監管、鋼瓶運輸車(chē)輛在線(xiàn)跟蹤，為應用終端提供網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)。
4 結語(yǔ)
針對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、運輸環(huán)節事故、非法供氣等問(wèn)題，本文提出了一種基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的液化石油氣鋼瓶管理系統，同時(shí)設計了一種用于鋼瓶監測的無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)。從而通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)實(shí)現鋼瓶溫度和氣體濃度信息的檢測，并通過(guò)網(wǎng)關(guān)下發(fā)鋼瓶查詢(xún)信息、無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)上傳鋼瓶身份信息，以實(shí)現鋼瓶信息的自動(dòng)查詢(xún)，實(shí)現實(shí)時(shí)監測、自動(dòng)報警和監測數據上傳。本系統安全可靠，免除了人工巡檢工作，節省了人力物力。當危險發(fā)生時(shí)，一方面，無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)可以自動(dòng)報警，提醒事發(fā)地人員及時(shí)處理；另一方面，監控中心也可以通過(guò)監測到的實(shí)時(shí)數據和定位信息來(lái)快速定位事故地點(diǎn)，實(shí)現快速搶險，降低事故損失。
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