专利名称：有毒或可燃气体传感器无线探测网络系统及其监控方法
技术领域：
本发明属于无线气体传感仪器研制领域，具体涉及一种有毒或可燃气体传感器无 线探测网络系统及其监控方法。
背景技术：
环境应急监测在污染事故的应急处置中起着举足轻重的作用，要求监测数据的准 确性和及时性是事故处理的核心工作。在社会经济生产活动中，突发性环境污染事故时有 发生，尤其是石油化工原料、产成品及有毒有害危险品的生产、储存和运输过程中均隐含着 不同程度的突发事故因子。化工、环保等行业发生事故或遇到地震、火灾、洪水等突发性灾 害的时候，将面临有毒有害或可燃气体泄漏的情况。应急事故处理部门接到事故警报后，应 急人员到达现场，要根据气体的毒性、浓度等因素决定危险范围，以减少生态环境的污染和 财产的损失。因此，需要建立起环境应急监测预警体系，从而完善事故应急预案，提高应急 处理能力。目前国内环境应急监测处理设备还比较落后，国外已经就突发性事故开发了类似 突发性事故气体快速检测箱等设备，用于突发性气体泄漏事故和紧急救援，提高了采样能 力和采样精度，增强了突发性事故的应急范围，使其更适用于密闭空间、地下仓库及管道和 救援人员进入比较危险的场合。同时，检测箱配置具有30米采样能力的XQC-15E大气采样 器，和10种常见的有毒、有害气体快速检测管，使救援人员约5分钟内即可对常见的10种 有毒、有害气体进行快速检测，为事故处理提供及时而准确的现场监测数据。这些设备虽然 在一定程度上解决了现场气体监测的一些问题，然而由于不具备远程监测能力，需要救援 人员到现场进行监测，给救援人员带来一定的危险。本发明由此而来。
发明内容
本发明目的在于提供一种有毒或可燃气体传感器无线探测网络系统，解决了现有 技术中有毒或可燃气体现场监测给救援人员带来一定的危险等问题。为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是一种有毒或可燃气体传感器无线探测网络系统，包括无线气体探测终端和监控终 端，其特征在于所述无线气体探测终端通过自组织网或数传电台与监控终端通讯，所述无 线气体探测终端包括气体传感模块、无线收发模块，所述气体传感模块检测周围环境中有 毒或可燃气体浓度，并将检测信息通过无线收发模块与监控终端通讯。优选的，所述无线气体探测终端还包括数字处理模块；所述数字处理模块接收气 体传感模块的数字信号，并对数字信号进行处理得到捕获的气体信息，并向无线收发模块 发出收发指令。优选的，所述气体传感模块包括至少一个气体采样单元以及与气体采样单元配合 的传感元件，所述气体采样单元采集周围环境中气体后，传感元件根据气体的性质通过配 套电路向数字处理模块发送数字信号。
优选的，所述数字处理模块包括微处理器，所述微处理器通过通用I/O接口接收 气体传感模块的数字信号，根据数字信号的参数计算确定气体传感模块捕获的气体信息， 并向无线传输模块发出指令将所述气体信息向监控终端传输。优选的，所述无线收发模块包括基于DSP技术和无线电技术的数传电台收发模块 或基于分组交换机制的自组网收发模块，负责接收数字处理模块的指令与监控终端进行通 讯传输气体信息。优选的，所述监控终端选自远程数据终端、现场数据终端。优选的，所述系统为无线气体探测终端和现场数据终端构成的网络系统；所述无 线气体探测终端通过自组织网络或数传电台与现场数据终端通讯传输气体信息实现现场 监控。优选的，所述系统包括数个无线气体探测终端、现场数据终端和远程数据终端构 成的网络系统；所述无线气体探测终端将探测到的气体信息通过自组织网络或数传电台和 现场数据终端通讯，所述现场数据终端通过GPRS网络和与GPRS网络接口连通的INTERNET 网络传输给远程数据终端进行监控。优选的，所述系统还包括监控中心，所述监控中心通过与GPRS网络接口连通的 INTERNET网络与远程监控终端通讯；所述现场监控终端通过GPRS网络和与GPRS网络接口 连通的INTERNET网络与监控中心通讯。本发明的另一目的在于提供一种基于无线网络的有毒或可燃气体监控方法，其特 征在于所述方法包括(1)无线气体探测终端采集捕获周围环境中气体信息；(2)无线气体探测终端将气体信息通过自组织网络或数传电台传输给监控终端；(3)监控终端根据接受到的气体信息进行有毒或可燃气体的现场监控或远程监 控。当然每个无线气体探测终端上可以带有GPRS模块，无线气体探测终端间可以通 过GPRS模块形成GPRS网络。每个无线气体探测终端通过GPRS网络与现场监控终端通讯。本发明的有毒或可燃气体传感器无线探测网络系统可以快速地将传感终端在现 场展开配置，将控制终端设置在安全的地方，评估应急人员根据需要采用个人防护措施安 全进入现场进行事故处理并确定安全的操作区域。同时，实时的浓度监测还可以为事故处 理人员提供安全的保障，可以根据现场条件的变化，在更广泛的区域内确定气体扩散的情 况，改变危险范围的划分，为外围人员提供实时的警报从而及时地从危险地带撤离。除了应用于环保应急事故、消防救援等方面，该系统在安全生产、防止化学物质危 害的执法行动和化学武器反恐等方面也有着应用价值。在生产过程中工作人员也可能遇到 像氧气缺乏、可燃气爆炸、一氧化碳和硫化氢致命的危害，有些非法武装和恐怖分子也会利 用有毒化学蒸汽来危害公众安全，在进入某个不明区域或建筑物时，该系统可以用来检测 这些化学物质的情况，以保证进入该区域的安全性。本发明的系统可以是一种基于无线传感网络的同时具备自组网和GPRS传输模式 的有毒、可燃气体监测系统，这样可以集成高灵敏传感和无线网络技术，可在复杂现场环境 下快速部署，具备突发事件的临时应急气体监测能力。该无线气体探测终端可以包括有毒 有害、可燃气体传感器的无线发射模块，该无线气体探测终端自组织成多跳无线传感器网络系统，它由大量有毒、可燃气体传感器，信号处理和无线发射模块构成；有毒、可燃气体传 感器负责检测周围空气中的有毒气体浓度，将检测结果以数字信号方式输出；每个无线气 体探测终端中信号处理模块通过RS-485串口与一个有毒、可燃气体传感器连接，按照指定 时间间隔周期性的查询有毒、可燃气体传感器的检测结果，通过自组织形成的多跳无线路 由将检测结果上报给现场监控终端；同时气体传感数据通过GPRS网络传到Internet上的 监控中心和远程监控终端，监控中心负责系统的协调、传感器检测结果信息的显示与储存， 对所有的上报数据进行多节点信息融合处理，分析有毒、可燃气体的泄漏源及其扩散趋势。该系统采用由无线气体探测终端和现场监控终端自组织建立的多跳无线传感器 网络无线气体探测终端在上电初始化后，尝试与现场监控终端或是其周围的已经加入网 络的无线气体探测终端通信，通过它们加入到网络中，无线气体探测终端在成功加入网络 后，除了负责上报通过RS-485串口与之相连的有毒、可燃气体气体传感器的检测结果外， 还负责接纳其它无线气体探测终端加入网络，并负责中继转发来自由其接纳加入网络的无 线气体探测终端的需要上报至监控终端的数据；现场监控终端上电启动后，建立一个以自 己为管理中心的无线网络，并开始接纳无线气体探测终端加入网络，现场监控终端按照指 定时间，周期性的维护网络，去除失效路由信息，添加新增路由信息，现场监控终端接收所 有无线气体探测终端上报的数据，现场监控终端最多可接纳255个无线气体探测终端。该无线气体探测终端采用ARM芯片技术，将系统集成到主板上，CPU采用ATMEL公 司32位ARM9芯片，性能全面并能控制模块功耗。无线气体探测终端主要由气体传感模块、 数字处理模块、无线通讯模块、电源模块四部分组成。所述电源模块为气体传感模块、数字 处理模块、无线收发模块提供电源支持。本发明基于无线传感网络的有毒可燃气体快速部署检测系统，它是一个由大量有 毒、可燃气体传感器、大量无线气体探测终端组成的用于有毒、可燃气体探测的自组织的 数据传输多跳无线传感器网络系统，同时该系统可通过GPRS网络将传感数据及时传送到 Internet上的远程监控终端，从而提供远程监控功能。本系统无线网络采用GPRS和自组 网双模设计，商用GPRS无线传输，方便部署与组网，扩大控制距离和范围，并可以保证数据 传输的稳定性和安全性。在遇到战争、地质灾难通讯设施遭到破坏受损或者受地理环境的 影响信号没有覆盖的地区，具有自组网功能，并可以进行中继接力扩大传输范围。也可以通 过两者相结合的方式，在从节点、主节点和控制中心之间分别采用自组网和GPRS传输的方 式，降低系统成本同时实现本地和远程监控。气体传感器负责前端的信号获取和处理；无线 气体探测终端与有毒气体传感器配对使用，通过RS-485串口与控制单元连接，负责上报与 其配对的有毒、可燃气体传感器的检测结果，并为其周围其它无线气体探测终端进行中继 转发；监控终端负责系统的协调、传感器检测状态信息的显示与存储，对所有的上报数据进 行多节点信息融合，分析毒害、可燃气体的泄漏源及其扩散趋势，通过锂电池直流电源方式 供电。本发明采用数据传输多跳中继转发机制+GPRS，有效克服了无线传输距离受限、容易 被遮挡的缺点，适用于各种复杂的应用环境。相对于现有技术中的方案，本发明的优点是本发明技术方案用于有毒及可燃气体探测的无线传感器网络系统可在现场及远 程同时通过网络实时监测有毒有害和可燃气体数据。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述图1为本发明实施例有毒或可燃气体传感器无线探测网络系统的网络拓扑图；图2为本发明实施例无线气体探测终端的结构示意图；图3为本发明实施例无线气体探测终端的控制电路图。
具体实施例方式以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明 本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做 进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。实施例如图1 3所示，该有毒或可燃气体传感器无线探测网络系统为现场监控 和远程监控综合系统，包括无线气体探测终端和监控终端，所述无线气体探测终端和监控 终端通过无线网络通讯，所述无线气体探测终端包括气体传感模块、无线收发模块、数字处 理模块，所述气体传感模块检测周围环境中有毒或可燃气体浓度，并将检测信息通过无线 收发模块与监控终端通讯。所述无线气体探测终端通过自组织网络与现场监控终端通讯。 所述数字处理模块接收气体传感模块的数字信号，并对数字信号进行处理得到捕获的气体 信息，并向无线收发模块发出收发指令。气体传感模块包括至少一个气体采样单元以及与气体采样单元配合的传感元件， 所述气体采样单元采集周围环境中气体后，传感元件根据气体的性质通过配套电路向数字 处理模块发送数字信号。所述数字处理模块包括微处理器，所述微处理器通过通用I/O接 口接收气体传感模块的数字信号，根据数字信号的参数计算确定气体传感模块捕获的气体 信息，并向无线传输模块发出指令将所述气体信息向监控终端传输。所述无线收发模块包 括基于分组交换机制的自组网收发模块，负责接收数字处理模块的指令与监控终端进行通 讯传输气体信息。监控终端包括监控中心、远程数据终端、现场数据终端。现场监控系统为无线气体 探测终端和现场数据终端构成的网络系统；所述无线气体探测终端通过自组织网络与现场 数据终端通讯传输气体信息实现现场监控。所述系统包括数个无线气体探测终端、现场数 据终端和远程数据终端构成的网络系统；所述无线气体探测终端将探测到的气体信息通过 自组织网络和现场数据终端通讯，所述现场数据终端通过GPRS网络和与GPRS网络接口连 通的INTERNET网络传输给远程数据终端进行监控。所述监控中心通过与GPRS网络接口连 通的INTERNET网络与远程监控终端通讯；所述现场监控终端通过GPRS网络和与GPRS网络 接口连通的INTERNET网络与监控中心通讯。有毒可燃气体传感器负责检测周围空气中的有毒气体浓度，将检测结果以数字信 号方式输出；每个无线气体探测终端中信号处理模块通过RS-485串口与一个有毒、可燃气 体传感器连接，按照指定时间间隔周期性的查询有毒、可燃气体传感器的检测结果，无线传 输模块通过自组织网络形成的多跳无线路由将检测结果上报给监控终端；同时气体传感数 据通过GPRS网络传到Internet上的服务器，服务器负责系统的协调、传感器检测结果信息 的显示与储存，对所有的上报数据进行多节点信息融合处理，分析有毒、可燃气体的泄漏源 及其扩散趋势。
自组织网的过程如下无线气体探测终端在上电初始化后，尝试与监控终端或是 其周围的已经加入网络的无线气体探测终端通信，通过它们加入到网络中，无线气体探测 终端在成功加入网络后，除了负责上报通过RS-485串口与之相连的有毒、可燃气体气体传 感器的检测结果外，还负责接纳其它无线气体探测终端加入网络，并负责中继转发来自由 其接纳加入网络的无线气体探测终端的需要上报至监控终端的数据；监控终端上电启动 后，建立一个以自己为管理中心的无线网络，并开始接纳无线气体探测终端加入网络，监控 终端按照指定时间，周期性的维护网络，去除失效路由信息，添加新增路由信息，监控终端 接收所有无线气体探测终端上报的数据，监控终端最多可接纳255个无线气体探测终端。信号处理模块CPU采用ARM芯片技术，将系统集成到主板上，本实施例中CPU采用 ATMEL公司32位ARM9芯片，性能全面并能控制模块功耗。电源模块为气体传感模块、数字 处理模块、无线收发模块提供电源支持。上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是 能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精 神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种有毒或可燃气体传感器无线探测网络系统，包括无线气体探测终端和监控终端，其特征在于所述无线气体探测终端通过自组织网或数传电台与监控终端通讯，所述无线气体探测终端包括气体传感模块、无线收发模块，所述气体传感模块检测周围环境中有毒或可燃气体浓度，并将检测信息通过无线收发模块与监控终端通讯。
2.根据权利要求1所述的有毒或可燃气体传感器无线探测网络系统，其特征在于所 述无线气体探测终端还包括数字处理模块；所述数字处理模块接收气体传感模块的数字信 号，并对数字信号进行处理得到捕获的气体信息，并向无线收发模块发出收发指令。
3.根据权利要求2所述的有毒或可燃气体传感器无线探测网络系统，其特征在于所述 气体传感模块包括至少一个气体采样单元以及与气体采样单元配合的传感元件，所述气体 采样单元采集周围环境中气体后，传感元件根据气体的性质通过配套电路向数字处理模块 发送数字信号。
4.根据权利要求2所述的有毒或可燃气体传感器无线探测网络系统，其特征在于所述 数字处理模块包括微处理器，所述微处理器通过通用I/O接口接收气体传感模块的数字信 号，根据数字信号的参数计算确定气体传感模块捕获的气体信息，并向无线传输模块发出 指令将所述气体信息向监控终端传输。
5.根据权利要求2所述的有毒或可燃气体传感器无线探测网络系统，其特征在于所述 无线收发模块包括基于DSP技术和无线电技术的数传电台收发模块或基于分组交换机制 的自组网收发模块，负责接收数字处理模块的指令与监控终端进行通讯传输气体信息。
6.根据权利要求1所述的有毒或可燃气体传感器无线探测网络系统，其特征在于所述 监控终端选自远程数据终端、现场数据终端。
7.根据权利要求6所述的有毒或可燃气体传感器无线探测网络系统，其特征在于所述 系统为无线气体探测终端和现场数据终端构成的网络系统；所述无线气体探测终端通过自 组织网络或数传电台与现场数据终端通讯传输气体信息实现现场监控。
8.根据权利要求6所述的有毒或可燃气体传感器无线探测网络系统，其特征在于所述 系统包括数个无线气体探测终端、现场数据终端和远程数据终端构成的网络系统；所述无 线气体探测终端将探测到的气体信息通过自组织网络或数传电台和现场数据终端通讯，所 述现场数据终端通过GPRS网络和与GPRS网络接口连通的INTERNET网络传输给远程数据 终端进行监控。
9.根据权利要求8所述的有毒或可燃气体传感器无线探测网络系统，其特征在于所述 系统还包括监控中心，所述监控中心通过与GPRS网络接口连通的INTERNET网络与远程监 控终端通讯；所述现场监控终端通过GPRS网络和与GPRS网络接口连通的INTERNET网络与 监控中心通讯。
10.一种基于无线网络的有毒或可燃气体监控方法，其特征在于所述方法包括(1)无线气体探测终端采集捕获周围环境中气体信息；(2)无线气体探测终端将气体信息通过自组织网络或数传电台传输给监控终端；(3)监控终端根据接受到的气体信息进行有毒或可燃气体的现场监控或远程监控。
全文摘要
本发明公开了一种有毒或可燃气体传感器无线探测网络系统及其监控方法，其系统包括无线气体探测终端和监控终端，其特征在于所述无线气体探测终端通过自组织网或数传电台与监控终端通讯，所述无线气体探测终端包括气体传感模块、无线收发模块，所述气体传感模块检测周围环境中有毒或可燃气体浓度，并将检测信息通过无线收发模块与监控终端通讯。该系统可在现场及远程同时通过网络实时监测有毒有害和可燃气体数据。
文档编号G01N33/00GK101888718SQ20101015825
公开日2010年11月17日 申请日期2010年4月28日 优先权日2010年4月28日
发明者付德刚, 戎非, 顾忠泽 申请人:东南大学