化工厂环境监测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型是关于化工厂环境监测系统，具体是基于物联网的化工厂环境监测系统。系统由数据采集模块、3G传输模块、上位机模块三部分组成。远程环境监测终端通过ARM微处理器控制底层采集模块传感器采集各种数字和模拟信号，通过A/D转换后对数据进行处理编码打包，把数据打包成适合于传输的IP包，通过3G模块进行传输，数据通过移动通信服务的基站传输到Internet网络接入到监测中心的局域网中，由上位机的数据接收程序对数据进行分析处理，存入到服务器的数据表中。
【专利说明】
化工厂环境监测系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及化工厂环境监测领域，尤其是指一种基于物联网的化工厂环境监测系统。
【背景技术】
[0002]目前，化工厂环境监测技术正在不断被探索研究和投入使用。而传统的工业环境监测工作主要以人工现场采样、实验室仪器分析为主。虽然在实验室中分析手段完备，但实验室监测存在监测频次低、采样误差大、监测数据分散、不能及时反映污染变化状况等缺陷。
[0003]随着电子技术的发展，自动化程度的提高，有些化工厂采用有线控制方式，通过在化工厂排污口安装环境监测装置，自动监测污染物浓度。有线监测的好处在于数据传输的安全性好以及信号的稳定性高，但因监测点的广泛分布性需要进行大量的线路铺设，提高了系统的建设成本，降低了系统的可维护性，在一些地理条件差的地区系统的搭建也极其困难。
【发明内容】
[0004]针对上述技术问题，本实用新型提供一种化工厂环境监测系统，具体说可实时监测化工厂主要污染物的无线传感器系统，具体技术方案为:基于物联网的化工厂环境监测系统，包括数据采集模块、数据控制模块、数据传输模块、上位机模块四部分，所述数据采集模块由终端节点、路由节点和协调器组成，其中终端节点、路由节点和协调器依次通过ZigBee协议进行无线通信，且终端节点包含传感器模块、独立电源模块和Zigbee模块;数据控制模块核心板包括ARM微处理器，通过ARM微处理器控制底层采集模块，底层采集模块采集各种数字和模拟信号，经A/D转换后对数据进行处理编码打包，通过数据传输模块进行传输，数据通过移动通信服务的基站传输到上位机模块。
[0005]所述传感器包括化学需氧量COD传感器、悬浮物SS传感器、氨氮传感器、二氧化氮NO2传感器、二氧化硫SO2传感器和氯化氢HCL传感器。它们负责监测化工厂环境参量。
[0006]所述ZigBee模块的型号为CC2530。
[0007]所述数据采集模块中，终端节点采集的数据通过zigbee协议经过路由节点传送至协调器，协调器再经过RS232串口将所监测的数据传送给ARM微处理器，其中，终端节点包括电源模块、A/D转换电路、CC2530模块和传感器模块;独立电源模块为一套小型太阳能供电系统;协调器还可以允许和拒绝终端节点加入系统。
[0008]所述ARM微处理器的型号为S2C2410A，负责控制底层采集模块并将传感器采集的数据进行处理编码打包。
[0009]所述数据传输模块为3G传输模块。通过移动通信服务的基站，将数据传输到上位机模块。
[0010]所述上位机模块的结构为B/S模式，主要包括用户主机和移动电子设备。用户主机或移动电子设备显示当前化工厂环境参量和历史数据的查询，当接收到的污染物含量数据超过阈值上限时，在监控界面以不同颜色显示报警曲线。
[0011]上述技术方案具有如下有益效果:利用传感器-数据采集模块-数据控制模块-数据传输模块-上位机这一无线化工厂环境监测系统，以较低成本实现对化工厂环境的实时监测。并且用户在监测区域灵活的布置传感器，采用ZigBee协议进行无线网络的数据交换，真正实现了物与物的相连。
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型化工厂环境监测系统的结构原理图；
[0013]图2是本实用新型化工厂环境监测系统的硬件电路结构框图；
[0014]图3是本实用新型化工厂环境监测系统采集终端太阳能电源模块；
[0015]图4是本实用新型化工厂环境监测系统的ZigBee模块组网结构图；
[0016]图5是本实用新型化工厂环境监测系统采集模块终端节点的硬件原理图；
[0017]图6是本实用新型化工厂环境监测系统采集模块协调器的硬件原理图。
【具体实施方式】
[0018]如图1、4、5所示，基于物联网的化工厂环境监测系统，包括数据采集模块1、数据控制模块2、数据传输模块3、上位机模块5四部分，所述数据采集模块I由终端节点17、路由节点18和协调器19组成，其中终端节点17、路由节点18和协调器19依次通过ZigBee协议进行无线通信，且终端节点17包含传感器模块21、独立电源模块6和Zigbee模块22。数据控制模块I核心板包括ARM微处理器2，通过ARM微处理器2控制底层采集模块I，传感器21采集各种数字和模拟信号，经A/D转换后对数据进行处理编码打包，通过数据传输模块3进行传输，数据通过移动通信服务的基站4传输到上位机模块5。
[0019]所述ARM微处理器2的型号为S2C2410A，负责控制底层采集模块I并将传感器21采集的数据进行处理编码打包。
[0020]所述数据传输模块3为3G传输模块3。通过移动通信服务的基站4，将数据传输到上位机模块5。
[0021 ]所述上位机模块5包括用户主机和移动电子设备。
[0022]如图2所示，本化工厂环境监测系统的硬件结构主要包括了数据采集模块1、数据控制模块2和数据传输模块3，数据采集I和数据控制模块2主要负责数据的采集和数据传输的控制，数据传输模块3主要负责数据的传输。
[0023]如图2所示，现场数据采集终端的硬件设计主要包括独立电源模块6设计，数据采集模块I电路设计，主控制器ARM微处理器2为核心的电路设计以及3G传输模块3的USB接口电路设计。考虑到终端的使用地区在环境比较恶劣的地方，所以采用独立电源供电，这样不仅可以提高终端使用的广泛性和便携性还可以节省掉供电线路的铺设成本，节约了社会资源，减少不必要的人力浪费。在数据终端添加USB 口电路作为3G上网卡的接口使用。目前3G网络几乎覆盖了全国大多数地区，各个公司研制的3G无线上网卡信号越来越强，体积越来越小巧，而且只需使用一个通用的USB接口即可实现供电和数据联网传输，不仅插拔方便，便于组装而且功能也很完善。
[0024]如图3所示，化工厂环境监测系统的采集终端的电源模块6采用小型太阳能供电系统供电。小型太阳能供电系统由太阳能电池板7、小型蓄电池8、太阳能控制器9三部分组成。太阳能电池板7是太阳能供电系统中的核心部件，也是太阳能供电系统中最具价值的部分。它实际是一种半导体器件，其作用是将太阳辐射能转换成电能，为蓄电池8充电，或推动直流负载10工作。当监测系统在夜晚成者阴雨天运行时，就需要配合蓄电池8给系统供电。本系统使用的蓄电池8为铅酸电池，其作用是在有光照时蓄电池8存储来自太阳能电池板7供出的电能，到需要蓄电池8供电时再将电能释放出来供监测系统使用。太阳能控制器9的作用是对蓄电池8的充电电流和电压进行控制，使其保持在正常范围内，从而保障蓄电池8的工作稳定性，避免过充、过放的现象发生。
[0025]如图4、5所示，化工厂环境监测系统中传感器模块包括化学需氧量⑶D传感器11、悬浮物SS传感器12、氨氮传感器13、二氧化氮NO2传感器14、二氧化硫SO2传感器15和氯化氢HCL传感器16。它们负责监测化工厂环境参量。
[0026]所述化学需氧量COD传感器11型号为CSS70-A3B1A，悬浮物SS传感器12型号为GE-TS，氨氮传感器13型号为HW-NH-3，二氧化氮N02传感器14型号为SNS156_ 5WK9 6756，二氧化硫SO2传感器15型号为2SH12，氯化氢HCL传感器16型号为ME3-HC1。
[0027]如图4、5、6所示，无线传感器网络中，终端节点17采集的数据通过zigbee协议经路由节点18传送至协调器19，协调器19再经过RS23 2串口 20将所监测的数据传送给ARM微处理器2。终端节点17包括电源模块6、A/D转换电路23、CC2530模块22和传感器模块21。协调器19包括电源模块6和CC2530模块22。另外，协调器19还可以允许和拒绝终端节点17加入系统。
【主权项】
1.化工厂环境监测系统，其特征在于:由数据采集模块、数据控制模块、数据传输模块、上位机模块四部分组成，所述数据采集模块由终端节点、路由节点和协调器组成，其中终端节点、路由节点和协调器依次通过ZigBee协议进行无线通信，且终端节点包含传感器模块、独立电源模块和Zigbee模块;数据控制模块核心板包括ARM微处理器，通过ARM微处理器控制底层采集模块，底层采集模块采集各种数字和模拟信号，经A/D转换后对数据进行处理编码打包，通过数据传输模块进行传输，数据通过移动通信服务的基站传输到上位机模块。2.根据权利要求1所述的化工厂环境监测系统，其特征在于:所述传感器包括化学需氧量⑶D传感器、悬浮物SS传感器、氨氮传感器、二氧化氮N02传感器、二氧化硫S02传感器和氯化氢HCL传感器。3.根据权利要求1所述的化工厂环境监测系统，其特征在于:所述独立电源模块为一套小型太阳能供电系统。4.根据权利要求1所述的化工厂环境监测系统，其特征在于:所述ZigBee模块的型号为CC2530o5.根据权利要求1所述的化工厂环境监测系统，其特征在于:所述ARM微处理器的型号为S2C2410A。6.根据权利要求1所述的化工厂环境监测系统，其特征在于:所述数据传输模块为3G传输。7.根据权利要求1所述的化工厂环境监测系统，其特征在于:所述上位机模块的结构为B/S模式，主要包括用户主机和移动电子设备。
【文档编号】G08C17/02GK205451464SQ201620291325
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月11日
【发明人】侯颀, 丁卫红, 刘金成
【申请人】淮阴工学院