粉尘检测报警系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种粉尘检测系统，别特涉及到一种可以集中同一区域的不同检测点情况的检测报警系统。本发明的发明目的是：提供一种粉尘检测报警系统对各工厂厂房内的粉尘浓度进行较为准确的测量，并且能够在浓度测量值超过可能引发爆炸的浓度值时迅速向厂房内作业的工作人员发出报警。本次粉尘检测报警系统主要由粉尘检测报警节点和两级后台监测报警系统组成，可以进行厂房内、工厂安全监测部门和镇上安全监测部门3级报警。真正意义上实现全方位、多级别的实时、准确粉尘浓度检测与报警，从而确保工厂生产安全。
【专利说明】粉尘检测报警系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种粉尘检测系统，别特涉及到一种可以集中同一区域的不同检测点情况的检测报警系统。
【背景技术】
[0002]今年8月2日，江苏昆山中荣金属制品有限公司因为粉尘浓度超标，遇到火源，从而引发了特大爆炸。这为我们敲响了预防粉尘浓度超标引发灾难的警钟。
[0003]粉尘爆炸，指粉尘在爆炸极限范围内，遇到热源(明火或高温)，火焰瞬间传播于整个混合粉尘空间，产生极快的化学反应，同时释放大量的热，形成很高的温度和很大的压力，系统的能量转化为机械功以及光和热的辐射。具有爆炸性粉尘有:金属(如镁粉、铝粉)、煤炭、粮食(如小麦、淀粉)、饲料(如血粉、鱼粉)、农副产品(如棉花、烟草)、林产品(如纸粉、木粉)以及合成材料(如塑料、染料)。粉尘爆炸会产生很大的破坏力，并且很可能引发二次爆炸，产生有毒气体。爆炸很有可能会造成很大的人员、财产损失。
[0004]全省需要进行粉尘作业的企业不在少数，其中一些可能存在着一些安全隐患。这些企业需要采取有效的通风、除尘措施，降低粉尘浓度，从而降低发生爆炸的可能性甚至是杜绝爆炸的发生。
[0005]除了上述预防措施之外，还可以对工厂厂房的粉尘浓度进行实时监测，在粉尘浓度接近危险的浓度时进行报警，从而尽可能地避免粉尘爆炸的发生。目前国内市场上有一些粉尘浓度检测仪器，但这些仪器大多未提供实时联网的报警功能，并不利于政府对于粉尘浓度检测的统一监控与管理，效果十分有限。
【发明内容】
[0006]本发明的发明目的是:提供一种粉尘检测报警系统对各工厂厂房内的粉尘浓度进行较为准确的测量，并且能够在浓度测量值超过可能引发爆炸的浓度值时迅速向厂房内作业的工作人员发出报警。
[0007]1、为完成上述发明目的，本发明是这样实现的:一种粉尘检测报警系统，它是由粉尘检测报警节点、粉尘监测管理系统和粉尘监测管理平台组成，若干工厂用户终端构成粉尘检测报警节点，有线或无限连接至中转站，最终转至粉尘监测管理平台构成的；所述的粉尘检测报警节点部署在厂房的各个方位，粉尘监测报警管理系统位于工厂安全监测部门，粉尘监测报警管理平台位于上级安全监测部门；所述粉尘浓度测报警节点内置的粉尘传感器实时检测厂房内空气中的粉尘浓度，并将采集到的数据实时发送到无线路由器，再由路由器将所有数据发给位于工厂安全监测部门的粉尘监测报警管理系统；管理系统再将工厂的数据处理后通过Internet网络发送给位于镇安全监测部门的管理平台，该平台实时记录全同级别的所有安装报警系统的工厂的粉尘浓度数据；其特征在于:粉尘检测报警节点，每个节点由5个模块组成，分别是采样模块、数据处理模块、液晶显示模块、无线模块和报警模块，所述的采样模块采用一传感器，传感器包括一个红外发光二极管和光电晶体管，对角布置成允许其检测到在空气中的灰尘折射光，并以此来判断空气中的粉尘含量；所述的无线模块支持软AP模式；报警模块主要由继电器和报警器组成，当有报警信号传入时，继电器导通，报警器正极有电压，报警器工作；当检测到报警解除信号或有按键输入时，继电器断开，报警器不工作；
数据处理模块首先驱动液晶显示屏，配置好无线模块，向粉尘传感器发送负脉冲信号，驱动传感器内的LED灯工作；然后数据处理模块开始接收传感器传入的模拟量信号并进行A/D转换；接着数据处理模块对转换后的数字信号进行计算，得到粉尘浓度值，并将其在屏幕上显示出来，把数据打包传输给无线模块。
[0008]对上述技术方案作进一步的改进，所述的数据处理模块中包括一个数据预测，它利用已有标签数据，对于粉尘监控网络的实时数据进行一定的预测，从而可以有利于检测者掌握数据变化趋势，及时采取应对策略。所述的数据预测包括以步骤:
a预先设定不同的危险系数，然后制定不同的预测；
b通过构建贝叶斯网络，实现危险系数的预测，主要通过风力、温度、湿度元素构成当前环境影响因子，然后粉尘浓度和环境影响因子作为下一级的元素，影响危险系数；c通过历史数据训练，得到该贝叶斯网络各个节点的条件概率表；
1、d实时监测风力、温度、湿度、以及粉尘浓度，预测出此时的危险系数，从而可以使监测人员实时做出反应，采取措施。数据预测，利用已有标签数据，对于粉尘监控网络的实时数据进行一定的预测，从而可以有利于检测者掌握数据变化趋势，及时采取应对策略。可以采用贝叶斯网络的方法对于之前的数据进行训练，从而得到一个网络，通过已有标签训练而成的网络对于之后粉尘传感器网传来的实时数据进行预测，给出实时的预警值。
[0009]对上述技术方案作进一步的改进，系统通过自适应自学习算法，首先以系统内某一目标节点做参考，初始化其余η-1个节点的初始值，使其数值相同；其次，在动态数据传输的过程中，通过最小二乘拟合算法拟合各个传感器的计算曲线，从而在自学习的过程中完成对每个传感器的标定工作。
[0010]对上述技术方案作进一步的改进，其中每一级传到下一级时去除其中存在的“脏数据”，减少和避免“脏数据”所导致的误报，漏报现象。
[0011]对上述技术方案作进一步的改进，本系统中数据清洗主要采用机器学习的方法，主要采取神经网络的算法进行脏数据的过滤，通过BP训练一个预先选定结构的人工神经网络，直到平均误差不再有意义地减少时为止，然后在此基础上用GA进行优化。对上述技术方案采用Huffman编码进行数据压缩。
[0012]本次粉尘检测报警系统主要由粉尘检测报警节点和两级后台监测报警系统组成，可以进行厂房内、工厂安全监测部门和镇上安全监测部门3级报警。真正意义上实现全方位、多级别的实时、准确粉尘浓度检测与报警，从而确保工厂生产安全。
[0013]其中，粉尘检测报警节点部署在厂房的各个方位。两级后台监测报警系统由为位于工厂安全监测部门的粉尘监测报警管理系统和位于镇上安全监测部门的粉尘监测报警管理平台组成。
[0014]工作时，粉尘浓度测报警节点内置的粉尘传感器实时检测厂房内空气中的粉尘浓度，并将采集到的数据实时发送到无线路由器，再由路由器将所有数据发给位于工厂安全监测部门的粉尘监测报警管理系统。该管理系统再将工厂的数据处理后通过Internet网络发送给位于镇安全监测部门的管理平台，该平台实时记录全镇所有安装报警系统的工厂的粉尘浓度数据。监测报警管理系统和平台均由相关工作人员登录进行监控和操作，保证了系统的安全与稳定。
[0015]当某一厂房的粉尘浓度超标时，检测报警节点会自动触发自带的报警器，使在厂房工作工作人员警觉，同时向工厂的监测管理系统发送报警信息。管理系统收到报警信息后弹出报警消息，并实时向镇安全监测报警平台发送报警信息。
[0016]当浓度降低至安全范围时，检测报警节点解除报警器报警(也可由工作人员手动关掉)，并向管理系统发送报警解除信息，管理系统记录报警信息后解除报警并向镇管理平台发送报警解除信息，管理平台记录报警信息并解除报警。
[0017]本次粉尘检测报警系统的设计旨在将企业厂房粉尘的检测与联网报警有效地结合在一起，切实满足当前广大企业与政府相关部门的需求，并填补市场上这一方面的空白。本次设计采用模块化设计，灵活方便，能够根据客户的不同需求做出调整。本次设计在确保功能的同时还兼顾了成本，增强了最终产品的可行性。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明的主控程序的流程图。
[0019]图2粉尘检测报警节点结构图。
【具体实施方式】
[0020]为了更进一步阐述本专利的特点，下面作进一步的描述。
[0021]本次系统设计的主要是粉尘检测报警节点，每个节点由5个模块组成，分别是采样模块、数据处理模块、液晶显示模块、无线模块和报警模块。
[0022]其中，采样模块选择夏普公司生产的粉尘传感器GP2Y1010AU0F，该传感器小巧轻便，工作电流小(不超过20mA)，功耗也较小，且使用寿命较长，约为5年。该传感器中，一个红外发光二极管和光电晶体管，对角布置成允许其检测到在空气中的灰尘折射光，并以此来判断空气中的粉尘含量。该传感器可以测出很小的粉尘颗粒，其可测的最小粉尘粒子直径为0.8微米。其输出的是一个模拟电压正比于所测得的粉尘浓度，敏感性为0.5V/0.1mg/m3。
[0023]无线模块选择使用红心物联科技推出的全新的第三代嵌入式UART-WiFi模块产品TLN13UA06。UART-WiFi是基于UART接口的符合WiFi无线网络标准的嵌入式模块，内置无线网络协议IEEE802.11协议栈以及TCP/IP协议栈，能够实现用户串口数据到无线网络之间的转换。此外，TLN13UA06模块除作为STA接入传统的Infra网络和Ad-hoc网络外，还支持软AP模式，功能强大。并且TLN13UA06尺寸较小，功耗很小，串口传输能力很好。
[0024]液晶显示模块选择使用的是12864 OLED模块。该模块含一块0.96寸液晶屏幕，可以显示数字、字母和汉字。且兼容性好，轻便耐用。
[0025]报警模块主要由继电器和报警器组成，当有报警信号传入时，继电器导通，报警器正极有电压，报警器工作。当检测到报警解除信号或有按键输入时，继电器断开，报警器不工作。
[0026]数据处理模块是本次系统硬件的核心，其包含MCU芯片STM32F103C8T6，该芯片内核为ARM CorteX-M3，具有较强的数据处理能力。数据处理模块首先驱动液晶显示屏，配置好无线模块，向粉尘传感器发送负脉冲信号，驱动传感器内的LED灯工作。然后数据处理模块开始接收传感器传入的模拟量信号并进行A/D转换。接着数据处理模块对转换后的数字信号进行计算，得到粉尘浓度值，并将其在屏幕上显示出来，把数据打包传输给无线模块。与此同时，数据处理模块还在判断粉尘浓度值与设定的可能引起爆炸最小值进行比较，一旦发现浓度值过大，就立即向无线模块和报警模块分别发送报警信息。
[0027]本次系统设计的固件部分是粉尘检测报警节点中各模块的内置程序。具体需要开发的是下载到MCU芯片STM32F103C8T6中的主控程序，其主要实现的功能有:
(O启动计时器，驱动液晶显示屏，配置好无线模块；
(2)向传感器发送负脉冲；
(3)将接收到的模拟量数据转换为数字信号，并计算浓度值；
(4)判断浓度值是否超标，并据此判断是否发送报警信息；
(5)将浓度值进行显示；
(6)将浓度值打包发送给无线模块；
(7)计时器判断是否计时结束，若是则结束程序，否则循环程序。
[0028]系统设计的软件分为工厂端的粉尘检测报警管理系统和在镇上安检部门实时在线的粉尘监测报警管理平台。
[0029]工厂端的粉尘检测报警管理系统，计划采用C/S架构，为了适应国内绝大多数工厂的系统，基于Microsoft XML Web services平台开发,能够实现不同角色的访问控制，可以实现用户管理、值班考勤管理、监测点配置，实时检测，危险报警以及历史数据查询等功能，粉尘监测报警管理平台，主要采用B/S架构，采用目前行业主流的MVC架构，基于Struts>hibernate>Spring等J2EE技术设计实现,主要功能是对于各个工厂的实时数据进行汇总，以便于镇级别的监察部门，进行数据的实时掌控。其包括登陆访问控制，日志审计，基于百度地图的各个工厂实时粉尘含量检测，历史危险记录的访问和追责等。具体软件用例图与粉尘检测报警管理系统类似。
【权利要求】
1.一种粉尘检测报警系统，它是由粉尘检测报警节点、粉尘监测管理系统和粉尘监测管理平台组成，若干工厂用户终端构成粉尘检测报警节点，有线或无限连接至中转站，最终转至粉尘监测管理平台构成的；所述的粉尘检测报警节点部署在厂房的各个方位，粉尘监测报警管理系统位于工厂安全监测部门，粉尘监测报警管理平台位于上级安全监测部门；所述粉尘浓度测报警节点内置的粉尘传感器实时检测厂房内空气中的粉尘浓度，并将采集到的数据实时发送到无线路由器，再由路由器将所有数据发给位于工厂安全监测部门的粉尘监测报警管理系统；管理系统再将工厂的数据处理后通过Internet网络发送给位于镇安全监测部门的管理平台，该平台实时记录全同级别的所有安装报警系统的工厂的粉尘浓度数据；其特征在于:粉尘检测报警节点，每个节点由5个模块组成，分别是采样模块、数据处理模块、液晶显示模块、无线模块和报警模块，所述的采样模块采用一传感器，传感器包括一个红外发光二极管和光电晶体管，对角布置成允许其检测到在空气中的灰尘折射光，并以此来判断空气中的粉尘含量；所述的无线模块支持软AP模式；报警模块主要由继电器和报警器组成，当有报警信号传入时，继电器导通，报警器正极有电压，报警器工作；当检测到报警解除信号或有按键输入时，继电器断开，报警器不工作； 数据处理模块首先驱动液晶显示屏，配置好无线模块，向粉尘传感器发送负脉冲信号，驱动传感器内的LED灯工作；然后数据处理模块开始接收传感器传入的模拟量信号并进行A/D转换；接着数据处理模块对转换后的数字信号进行计算，得到粉尘浓度值，并将其在屏幕上显示出来，把数据打包传输给无线模块。
2.根据权利要求1所述的一种粉尘检测报警系统，其特征在于:所述的数据处理模块中包括一个数据预测，它利用已有标签数据，对于粉尘监控网络的实时数据进行一定的预测，从而可以有利于检测者掌握数据变化趋势，及时采取应对策略。
3.根据权利要求2所述的一种粉尘检测报警系统，其特征在于:系统通过自适应自学习算法，首先以系统内某一目标节点做参考，初始化其余η-1个节点的初始值，使其数值相同；其次，在动态数据传输的过程中，通过最小二乘拟合算法拟合各个传感器的计算曲线，从而在自学习的过程中完成对每个传感器的标定工作。
4.根据权利要求2所述的一种粉尘检测报警系统，其特征在于:所述的数据预测包括以步骤: a预先设定不同的危险系数，然后制定不同的预测； b通过构建贝叶斯网络，实现危险系数的预测，主要通过风力、温度、湿度元素构成当前环境影响因子，然后粉尘浓度和环境影响因子作为下一级的元素，影响危险系数； c通过历史数据训练，得到该贝叶斯网络各个节点的条件概率表； d实时监测风力、温度、湿度、以及粉尘浓度，预测出此时的危险系数，从而可以使监测人员实时做出反应，采取措施。
5.根据权利要求1所述的一种粉尘检测报警系统，其特征在于:系统中节点采用分层结构进行归类，一级节点负责采集每个厂区的实时数据，二级节点对一级节点的数据进行筛选和融合，并将融合后的数据重新打包成数据帧发送给三级节点；三级节点对二级节点的数据再次进行汇总与融合，从而得到最终的粉尘数据，并通过网络发送粉尘监测管理系统进行处理；这种分层数据融合方式能够有效筛除冗余数据，保留有效数据，提高系统工作效率。
6.根据权利要求5所述的一种粉尘检测报警系统，其特征在于:其中每一级传到下一级时去除其中存在的“脏数据”，减少和避免“脏数据”所导致的误报，漏报现象。
7.根据权利要求6所述的一种粉尘检测报警系统，其特征在于:本系统中数据清洗主要采用机器学习的方法，主要采取神经网络的算法进行脏数据的过滤，通过BP训练一个预先选定结构的人工神经网络，直到平均误差不再有意义地减少时为止，然后在此基础上用GA进行优化。
8.根据权利要求6所述的一种粉尘检测报警系统，其特征在于:对上述技术方案采用Huffman编码进行数据压缩。
【文档编号】G01N15/06GK104345020SQ201410572799
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年10月24日 优先权日:2014年10月24日
【发明者】吴祥, 臧鑫, 袁驰, 王呈 申请人:海安能度软件科技有限公司