专利名称：基于ZigBee的探伤车间人员安全防护系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于无线通信技术及环境监控技术，特别是基于ZigBee的探伤车间人员安全防护系统。
背景技术：
焊接工厂探伤车间作为需要经常使用放射源进行工件探伤的场所，辐射防护是非常重要的一环，获取探伤车间辐射变化信息对于确保工作人员免受辐射伤害具有非常重要的作用。此外，探伤车间由于需要频繁使用放射源对工件进行探伤作业，其发生潜在核泄漏事故的概率非常高。一旦发生辐射源脱落或者卡源等核事故，放射源将会污染环境，并可能造成工作人员、公众受到过量的照射，严重时会导致死亡。因此，在发生核泄漏事故后，应立即将探伤车间的辐射信息数据传输给监控指挥中心，以便及时采取核事故应急救援措施。当前的救援方式主要是在核辐射事故发生后，救援人员立即携带核应急监测终端赶赴现场进行数据采集，并将处理后的数据传输到监测指挥中心，以便监测指挥中心及时了解情况做出快速反应，以应对紧急情况，将损失减到最小。这个过程中有很大的延时，并且现场辐射信息数据的采集并不全面准确。因此，建立探伤车间实时全方位辐射监控系统非常必要。核事故具有突发性，危害性很大，必须事发时立即与监测指挥中心建立数据传输，传输不能出现严重错误，耽误时间就会造成不可想象的后果。因此，现场环境信息数据的传输必须实时性好，准确性高，此外，现场环境的复杂性使得该数据传输还需要抗干扰能力强。
`[0007]传统的监测数据传输是通过有线方式进行的，若在多点铺设有线核环境监测数据采集终端，必将造成较大的人力财力支出，且不便于应急使用。Zigbee作为一种新型的短距离、低速率、低功耗无线传感网络技术，与有线数据传输相比，具有易于铺设，成本低廉等特点。
实用新型内容本实用新型的目的是为了提高探伤车间工作人员的辐射防护安全，提供了基于ZigBee的探伤车间人员安全防护系统，该系统通过传感器节点以及由传感器节点构成的无线传感网络实现了对探伤车间环境参数的实时全方位采集，通过ZigBee无线通讯技术实现了监控系统布置的方便性，通过探伤车间监控中心的监控软件对环境信息进行实时处理，进而控制探伤车间门禁系统、探伤作业操作台和声光报警装置进行相应的动作，增强了对探伤车间工作人员的辐射防护。基于ZigBee的探伤车间人员安全防护系统，其特征在于包括安装设置于操作间的探伤车间监控中心、设置于曝光间的网关节点和η个传感器节点，所述η个传感器节点按照ZigBee协议组成无线传输网络，与网关节点建立连接；所述网关节点通过以太网接入探伤车间监控中心；其中，η为正整数。所述传感器节点包括控制器一、ZigBee无线通讯模块一、辐射探测模块、人体感应传感器、烟雾传感器、温湿度传感器、LED灯一、蜂鸣器一、电池一、外接电源一及电源管理模块一；其中，电池一、外接电源一分别与电源管理模块一的输入端相连，电源管理模块一的输出端分别与控制器一、ZigBee无线通讯模块一、辐射探测模块、人体感应传感器、烟雾传感器、温湿度传感器相连，控制器一分别与ZigBee无线通讯模块一、辐射探测模块、人体感应传感器、烟雾传感器、温湿度传感器双向连接，控制器一的输出端连接辐射探测模块、LED灯一、蜂鸣器一。所述控制器一与辐射探测模块、人体感应传感器、烟雾传感器、温湿度传感器通过传感器接口双向连接。所述控制器一的输出端通过控制器接口一与福射探测模块、LED灯一、蜂鸣器一相连，控制器接口一与控制器一之间双向连接。所述辐射探测模块采用的是辐射强度测量传感器。所述网关节点包括控制器二、ZigBee无线通讯模块二、网卡芯片、LED灯二、蜂鸣器二、电池二、外接电源二及电源管理模块二 ；其中，电池二、外接电源二分别与电源管理模块二的输入端相连，电源管理模块二的输出端分别与控制器二、ZigBee无线通讯模块二、网卡芯片相连，控制器二分别与ZigBee无线通讯模块二、网卡芯片双向连接,控制器二的输出端连接LED灯二和蜂鸣器二。所述控制器二的输出端通过控制器接口二连接LED灯二和蜂鸣器二，控制器接口二与控制器二之间双向连接。所述传感器节 点的ZigBee无线通讯模块一和网关节点的ZigBee无线通讯模块二采用相同的无线射频芯片。所述探伤车间监控中心还连接有门禁系统、探伤作业操作台和声光报警装置。所述传感器节点安装不同类型的传感器，用于获取辐射信息、人体感应信息、烟雾感应信息、温湿度，并根据预设的报警条件进行报警；所述网关节点用于将接收到的环境信息传递给探伤车间监控中心，并根据预设的报警条件进行报警；所述探伤车间监控中心及运行的监控软件实现系统配置、传感器节点管理、数据存储及查询、图表显示、报警管理，以及对门禁系统、探伤作业操作台和声光报警装置的控制功能；所述门禁系统、探伤作业操作台和声光报警装置用于接收探伤车间监控中心发送的控制指令并执行相应的指令动作；其中辐射探测模块采用的是辐射强度测量传感器。本实用新型的工作过程为传感器节点根据监控中心的配置，按照预设的周期定时对探伤车间的环境信息进行采集(包括辐射信息、人体感应信息、烟雾感应信息、温湿度等)，并将环境信息数据发送给网关节点；网关节点接收到该数据后转发给探伤车间监控中心，探伤车间监控中心在接收到该数据后，进行数据存储，并绘制图表，在监控界面进行相应的数据更新显示，并根据预设的报警条件进行报警判断，若出现报警事件，则使用声音或LED灯闪烁报警，并对门禁系统和探伤作业操作台进行相应的控制动作。本实用新型采用无线传感网络对探伤车间的环境信息进行采集，实现了对探伤车[0021 ] 间环境的实时全方位监测，监控中心通过对探伤车间的实时环境信息的分析处理，能够及时发现危险事件(如传感器节点发现了探伤车间某个方位产生了超标准的大剂量辐射，或者工作人员正遭受大剂量的辐射等)，进而及时进行声光报警，并根据设定条件通过控制门禁系统和探伤作业操作台进行相应的动作，保证了工作人员能够及时采取相应的救护措施。因此，本实用新型具有以下特点及效果1、通过设计传感器节点以及由传感器节点构成的无线传感网络实现了对探伤车间环境参数的实时全方位采集；2、通过设计传感器节点，将辐射探测模块和人体感应传感器以及报警装置相结合，实现了对人体辐射的自动检测和报警；3、通过ZigBee无线通讯技术实现了监控系统布置的方便性本实用新型中传感器节点采用无线传感网络对探伤车间的环境信息进行采集，使得系统安装时没有布线的限制，可适应多种现场环境，方便安装、放置；4、通过探伤车间监控中心的监控软件对环境信息进行实时处理，进而控制探伤车间门禁系统、探伤作业操作台和声光报警装置进行相应的动作，增强了对探伤车间工作人员的辐射防护。
图1是本实用新型的系统组成结构示意图图2是本实用新型的传感器节点的结构示意图图3是本实用新型的网关节点的结构示意图其中附图标记为1操作间，2曝光间，3监控中心，4声光报警装置，5门禁系统，6探伤作业操作台，7网关节点，8传感器节点，9-10 ZigBee无线通讯模块一、二，11-12控制器一、二，13-14电源管理模块一、二，15-16外接电源一、二，17-18电池一、二，19传感器接口，20温湿度传感器，21烟雾传感器，22人体感应传感器，23辐射探测模块，24-25控制器接口一、二，26-27LED 灯一、二，28-29 蜂鸣器一、二，30 网卡芯片。
具体实施方式
如图1所示，基于ZigBee的探伤车间人员安全防护系统，包括安装设置于操作间I的探伤车间监控中心3、设置于曝光间2的网关节点7和η个传感器节点8，所述η个传感器节点8按照ZigBee协议组成无线传输网络，与网关节点7建立连接；所述网关节点7通过以太网接入探伤车间监控中心3 ;其中，η为正整数。操作间I还设置有声光报警装置4、门禁系统5以及探伤作业操作台6，声光报警装置4、门禁系统5以及探伤作业操作台6均与监控中心3相连接。网关节点7放置于探伤车间曝光间2的入口处，通过网线接入到监控中心3计算机；传感器节点8则分布于探伤车间的曝光间2各个方位，以便全面监测曝光间2的辐射信息，特别是需要在曝光间2的放射源包储藏室放置传感器节点8，以便实时监测放射源包是否在储藏室内。如图2所示，所述传感器节点8包括控制器一 11、ZigBee无线通讯模块一 9、辐射探测模块23、人体感应传感器22、烟雾传感器21、温湿度传感器20、LED灯一 26、蜂鸣器
一28、电池一 17、外接电源一 15及电源管理模块一 13 ;其中，电池一 17、外接电源一 15分别与电源管理模块一 13的输入端相连，电源管理模块一 13的输出端分别与控制器一 11、ZigBee无线通讯模块一 9、辐射探测模块23、人体感应传感器22、烟雾传感器21、温湿度传感器20相连，控制器一 11分别与ZigBee无线通讯模块一 9、辐射探测模块23、人体感应传感器22、烟雾传感器21、温湿度传感器20双向连接，控制器一 11的输出端连接辐射探测模块23、LED灯一 26、蜂鸣器一 28。所述控制器一 11与辐射探测模块23、人体感应传感器22、烟雾传感器21、温湿度传感器20通过传感器接口 19双向连接。所述控制器一 11的输出端通过控制器接口 一 24与福射探测模块23、LED灯一 26、蜂鸣器一 28相连，控制器接口一 24与控制器一 11之间双向连接。所述传感器节点8安装不同类型的传感器，用于获取辐射信息、人体感应信息、烟雾感应信息、温湿度，并根据预设的报警条件进行报警；所述网关节点7用于将接收到的环境信息传递给探伤车间监控中心3，并根据预设的报警条件进行报警；所述探伤车间监控中心3及运行的监控软件实现系统配置、传感器节点8管理、数据存储及查询、图表显示、报警管理，以及对门禁系统5、探伤作业操作台6和声光报警装置4的控制功能；所述门禁系统5、探伤作业操作台6和声光报警装置4用于接收探伤车间监控中心3发送的控制指令并执行相应的指令动作。传感器节点8中控制器一 11用于参数暂存，对环境参数进行采样，根据预设阈值判断是否报警，控制ZigBee无线通讯模块一 9按照设定的周期将数据发送给网关节点7 ；辐射探测模块23用于检测传感器节点8附近的辐射强度，辐射检测模块利用辐射产生的脉冲来探测周围环境中的Y射线；人体感应传感器22用于检测是否有人靠近传感器节点8，采用红外热释电传感模块，该模块通过检测人体发出的红外线进行人体感应；辐射检测模块与人体感应传感器22相结合，保证在探伤过程中车间的无人状态或者是核辐射意外泄漏情况下的对靠近核辐射源的人员的告警提示；烟雾传感器21用于检测探伤车间空气中的烟雾以及甲烷气体，温湿度传感器20用于测量探伤车间温湿度。所述传感器节点8的每个传感器工作流程，包括以下步骤I)传感器节点8上电初始化；2)搜索已存在的ZigBee网络，并尝试加入该网络；3)若加入网络成功，则跳至步骤4)，否则跳至步骤2)；4)监听加入的ZigBee网络；5)判断是否收到网关节点7信息，若收到，则跳至步骤6)，否则，跳至步骤4)；6)向网关节点7发送应答消息；7)解析接收到的来自网关节点7的指令，判断是否需要更新步骤I)所述传感器节点8的采样周期或阈值，若需要，则跳至8)，否则跳至步骤9)；8)更新步骤7)所述网关节点7的采样周期或阈值；9)按照采样周期采集步骤7)所述网关节点7附近的环境信息；10)判断采集到的环境信息是否超出阈值，若超出阈值，则跳至步骤11)，否则跳至步骤12)；[0052]11)声光报警；12)将采集到的环境信息进行打包，并无线发送给网关节点7，跳至步骤9)。如图3所示，所述网关节点7包括控制器二 12、ZigBee无线通讯模块二 10、网卡芯片30、LED灯二 27、蜂鸣器二 29、电池二 18、外接电源二 16及电源管理模块二 25 ;其中，电池二 18、外接电源二 16分别与电源管理模块二 25的输入端相连，电源管理模块二 25的输出端分别与控制器二 12、ZigBee无线通讯模块二 10、网卡芯片30相连,控制器二 12分别与ZigBee无线通讯模块二 10、网卡芯片30双向连接，控制器二 12的输出端连接LED灯
二27和蜂鸣器二 29。所述控制器二 12的输出端通过控制器接口二 25连接LED灯二 27和蜂鸣器二 29，控制器接口二 25与控制器二 12之间双向连接。网关节点7的网卡芯片30用于实现网关节点7与监控中心3的计算机的双向通τΗ ο网关节点7工作流程，包括以下步骤I)网关节点7上电初始化，并通过以太网口与监控中心PC建立连接；2)建立 ZigBee 网络；3)若ZigBee网络建立成功则跳至步骤4)，否则跳至步骤2)；4)监听网络和外部设备；5)若收到消息跳 至步骤6)，否则跳至步骤4)；6)若收到的信息来自以太网，跳至步骤7)，否则跳至步骤11)；7)解析来自以太网的信息；8)根据解析结果给传感器节点8发送信息；9)等待传感器节点8的回应；10)若收到来自传感器节点8的回应，跳至步骤4)，否则跳至步骤9)；11)判断接收到的的信息是否来自传感器节点8，若是则跳至步骤12)，否则跳至步骤4);12)判断发送信息的传感器节点8是否已入网，若已入网，则跳至步骤13)，否则跳至步骤17);13)对接收到的传感器节点8信息进行解析；14)判断接收到的传感器节点8数据是否超出阈值，如果超出，则跳至步骤15)，否则跳至步骤16)；15)声光报警16)将接收到的传感器节点8信息通过以太网传送给监控中心PC，跳至步骤4)；17)给步骤12)所述的传感器节点8分配地址；18)将该节点信息添加至邻接表，跳至步骤4)。所述传感器节点8的ZigBee无线通讯模块一 9和网关节点7的ZigBee无线通讯模块二 10采用相同的无线射频芯片。本实用新型的工作过程为传感器节点8根据监控中心3的配置，按照预设的周期定时对探伤车间的环境信息进行采集(包括辐射信息、人体感应信息、烟雾感应信息、温湿度等)，并将环境信息数据发送给网关节点7 ;网关节点7接收到该数据后转发给探伤车间监控中心3，探伤车间监控中心3在接收到该数据后，进行数据存储，并绘制图表，在监控界面进行相应的数据更新显示，并根据预设的报警条件进行报警判断，若出现报警事件，则使用声音或LED灯闪烁报警，并对门禁系统5和探伤作业操作台6进行相应的控制动作。本实用新型的探伤车间监控中心3具有系统配置、传感器节点8管理、数据存储及查询、图表显示、报警管理等功能，其中系统配置功能包括设置监控中心3的用户信息，设置初始警告标志位；传感器节点8管理功能为实时设置各传感器节点8的数据采集和发送周期，以及相应的阈值(存储在监控中心3的数据库并发送给网关节点7，传感器节点8在与网关节点7通讯时自动更新阈值)。在探伤作业的整个过程中，探伤车间的辐射强度阈值必须符合国家工业探伤相关卫生防护标准。本实施例中，探伤作业的不同阶段，曝光间2的辐射强度是不同的，因此，探伤车间各传感器节点8的辐射探测器阈值随着探伤作业时段的改变而改变。此外，探伤车间内的储藏室的辐射强度阈值一般要大于探伤车间其他方位的辐射强度阈值；数据存储及查询功能实现对监控中心3接收到的环境信息数据进行存储，并为软件使用者提供查询功能；图表显示功能实现对传感器节点8环境参数的图标显示；报警管理功能实现对门禁系统5、探伤作业操作台6和声光报警装置4的控制。本实用新型的监控中心3使用多线程实现，监控中心3开始运行后，首先进行系统参数初始化，并创建数据接收子线程和设备控制子线程。在监控中心3的运行过程中，监控界面主线程与数据接收子线程、设备控制子线程进行数据交换，实现监控中心3的各项功能，下面分别对几个线程的处理步骤进行说明。监控界面主线程包括如下步骤I)读取各传感器节点8相关状态参数，并进行实时界面显示；2)对各传感器节点8相关状态进行判定，更新相应的警告标志位；3)检查监控界面是否有重新设置传感器节点8采样周期或阈值的操作，若存在，则跳至步骤4)，否则，跳至步骤I)；4)将新设定的采样周期或阈值通过以太网发送给网关节点7，跳至步骤I)。数据接收子线程包括如下几个步骤I)监听以太网口；2)若以太网口收到数据，跳至步骤3)，否则跳至步骤I)；3)将接收到的数据转换成系统内部数据格式，对相应的传感器节点8状态参数进行更新；4)将相应的传感器节点8状态参数存入数据库，跳至步骤I)。设备控制子线程包括如下步骤I)读取各传感器节点8相关警告标志位；2)根据各传感器节点8相关警告标志位判断是否有节点状态超出阈值，若有，则跳至步骤3)，否则跳至步骤I)；3)进行声光报警；4)根据警告标志位向门禁系统5及探伤作业操作台6发送相应的控制指令，跳至步骤I)。本实施例中的报警事件及处理方式有如下几种I)在探伤作业准备阶段，若传感器节点8探测到曝光间2辐射强度超过阈值，则传感器节点8发出声光报警，网关节点7发出声光报警，监控中心3发出声光报警，同时控制门禁系统5，使得曝光间2只能出不能进，并且锁定探伤作业操作台6，使得送源机构无法送出放射源。2)在探伤作业阶段，若传感器节点8探测到曝光间2有人，则传感器节点8发出声光报警，网关节点7发出声光报警，监控中心3发出声光报警，同时控制门禁系统5，使得曝光间2只能出不能进，并且控制探伤作业操作台6立即停止探伤作业，控制送源机构立即回收放射源至放射源包。
权利要求1.基于ZigBee的探伤车间人员安全防护系统，其特征在于包括安装设置于操作间Cl)的探伤车间监控中心(3)、设置于曝光间(2)的网关节点(7)和η个传感器节点(8)，所述η个传感器节点(8)按照ZigBee协议组成无线传输网络，与网关节点(7)建立连接；所述网关节点(7)通过以太网接入探伤车间监控中心(3);其中，η为正整数。
2.根据权利要求1所述的探伤车间人员安全防护系统，其特征在于所述传感器节点(8)包括控制器一(11)、ZigBee无线通讯模块一(9)、辐射探测模块(23)、人体感应传感器(22)、烟雾传感器(21)、温湿度传感器(20)、LED灯一(26)、蜂鸣器一(28)、电池一(17)、夕卜接电源一(15)及电源管理模块一(13);其中，电池一(17)、外接电源一(15)分别与电源管理模块一(13)的输入端相连，电源管理模块一(13)的输出端分别与控制器一(11)、ZigBee无线通讯模块一(9)、辐射探测模块(23)、人体感应传感器(22)、烟雾传感器(21)、温湿度传感器(20)相连，控制器一(11)分别与ZigBee无线通讯模块一(9)、辐射探测模块(23)、人体感应传感器(22)、烟雾传感器(21)、温湿度传感器(20)双向连接，控制器一(11)的输出端连接辐射探测模块(23 )、LED灯一(26 )、蜂鸣器一(28 )。
3.根据权利要求2所述的探伤车间人员安全防护系统，其特征在于所述控制器一(11)与辐射探测模块(23)、人体感应传感器(22)、烟雾传感器(21)、温湿度传感器(20)通过传感器接口(19)双向连接。
4.根据权利要求2所述的探伤车间人员安全防护系统，其特征在于所述控制器一(11)的输出端通过控制器接口一(24)与辐射探测模块(23)、LED灯一(26)、蜂鸣器一(28)相连，控制器接口一(24)与控制器一(11)之间双向连接。
5.根据权利要求4所述的探伤车间人员安全防护系统，其特征在于所述辐射探测模块(23)采用的是辐射强度测量传感器。
6.根据权利要求4所述的探伤车间人员安全防护系统，其特征在于所述网关节点(7)包括控制器二(12)、ZigBee无线通讯模块二( 10)、网卡芯片(30)、LED灯二()、蜂鸣器二、电池二(18)、外接电源二(16)及电源管理模块二(14);其中，电池二(18)、外接电源二(16)分别与电源管理模块二(14)的输入端相连，电源管理模块二(14)的输出端分别与控制器二( 12)、ZigBee无线通讯模块二 (10)、网卡芯片(30)相连，控制器二 (12)分别与ZigBee无线通讯模块二( 10 )、网卡芯片(30 )双向连接，控制器二( 12 )的输出端连接LED灯二( 27 )和蜂鸣器二(29)。
7.根据权利要求7所述的探伤车间人员安全防护系统，其特征在于所述控制器二(12)的输出端通过控制器接口二(25)连接LED灯二(27)和蜂鸣器二(29)，控制器接口二(25)与控制器二(12)之间双向连接。
8.根据权利要求7所述的探伤车间人员安全防护系统，其特征在于所述传感器节点(8)的ZigBee无线通讯模块一(9)和网关节点(7)的ZigBee无线通讯模块二( 10)采用相同的无线射频芯片。
9.根据权利要求8所述的探伤车间人员安全防护系统，其特征在于所述探伤车间监控中心(3 )还连接有门禁系统(5 )、探伤作业操作台(6 )和声光报警装置(4 )。
专利摘要本实用新型涉及无线监控领域，特别是一种基于ZigBee的探伤车间人员安全防护系统。该系统包括n个传感器节点，1个网关节点，探伤车间监控中心以及设置在其上事先编制的监控软件，以及与之相连的探伤车间门禁系统、探伤作业操作台和声光报警装置，n为正整数；其中，传感器节点通过ZigBee无线通讯协议与网关节点建立连接，网关节点通过以太网接入探伤车间监控中心，探伤车间监控中心运行监控软件，并根据监控软件的数据处理结果对门禁系统、探伤操作台及声光报警装置进行相应的控制；本实用新型通过设计探伤车间无线监控网络，增强了探伤车间工作人员的辐射防护能力，提高了工作人员的安全性。
文档编号G08B21/02GK202904336SQ201220540980
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月22日 优先权日2012年10月22日
发明者徐立强, 凌乐, 桂仲成, 金之铂, 贺骥, 张帆, 陈博翁 申请人:中国东方电气集团有限公司