一种基于Zigbee自组网的温室大棚气体火灾预警系统的制作方法

本实用新型涉及气体异常检测的技术领域，更具体地，涉及一种基于Zigbee自组网的温室大棚气体火灾预警系统。

背景技术：

温室大棚内往往存在二氧化碳、氨气、烷烃类气体等有害气体，尤其是烷烃类气体为可燃性气体，当烷烃类气体浓度异常时，极易引起火灾甚至爆炸；随着现今网络技术的发展，将智能化的信息网络技术运用于服务农业生产显得越来越重要；若温室大棚内的烷烃类可燃性气体浓度异常升高时，及时发出求助和报警信号，可以避免诸多不必要的损失。因此，应用于温室大棚的火灾报警系统，是保证温室大棚安全性的重要保障，也是未来农业生产中必不可少的部分。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于Zigbee自组网的温室大棚气体火灾预警系统，可有效检测温室大棚内烷烃类可燃性气体的浓度，并在气体浓度异常升高时及时发出预警信号和执行排气通风动作，避免火灾或爆炸带来的损失。

为解决上述技术问题，本实用新型采取用的技术方案是：

提供一种基于Zigbee自组网的温室大棚气体火灾预警系统，包括电池电源模块、气体浓度采集模块、中心协调模块和执行模块，所述电池电源模块与气体浓度采集模块、中心协调模块、执行模块连接；所述气体浓度采集模块用于实时采集烷烃类气体浓度，并将采集的数据传输至中心协调模块；所述中心协调模块用于数据的整合处理和阈值的存储设定，并向所述执行模块发射指令；所述执行模块接收来自中心协调模块的信号，用于发出预警信号和执行排气通风动作。

本实用新型的基于Zigbee自组网的温室大棚气体火灾预警系统通过电池电源模块为气体浓度采集模块、中心协调模块和执行模块提供电压，保证各模块的正常工作；通过气体浓度采集模块的设置采集温室大棚内烷烃类气体的气体浓度，并将采集模块测得的气体浓度值实时至中心协调模块，中心协调模块进行数据的整合、处理和运算，控制执行模块做出相应的动作，无线传输的稳定性好，组网可与其他设备连接，提高系统的应用范围。

进一步地，所述气体浓度采集模块由若干能够加入Zigbee自组网的节点传感器组成，所述节点传感器上设有气体传感器，所述节点传感器具体为终端节点。气体传感器采集温室大棚内的烷烃类气体的浓度，并将浓度信息传输至节点传感器，节点传感器可通过Zigbee自组网向中心协调模块发射信号。

进一步地，所述中心协调模块由第一中心协调模块和第二中心协调模块组成， 所述第一协调模块与所述气体传感器间连接有信号调理电路，所述节点传感器与所述第一中心协调模块、第二中心协调模块通信连接。

进一步地，所述第一中心协调器模块由第一开发板、第一AD转换器、第一微处理器和第一射频天线组成，所述第二中心协调模块由第二开发板、第二AD转换器、第二微处理器和第二射频天线组成；所述信号调理电路与所述第一AD转换器通信连接，所述节点传感器与第一射频天线、第二AD转换器通信连接，所述执行模块与第二中心协调模块通信连接。气体传感器采集的气体浓度经信号调理电路调理后传输至第一AD转换器，将模拟信号转化为数字信号，并将数字信号传输至节点传感器；节点传感器通过Zigbee自组网将数字信号传输至第二中心协调模块，第二中心协调模块根据预先存储的阈值，将实时监测的烷烃类气体浓度进行数据处理，并向终端的执行模块发射信号；当实时监测的烷烃类气体浓度超出设定的阈值时，中心协调器向执行模块发射预警信号和执行排气通风动作。

进一步地，所述第一开发板与所述第二开发板具体为CC2530单片机，所述CC2530单片机含有若干用于数据的上行传输或接收的端口。以单片机作为程序控制和数据处理的核心，单片机上有足够的端口，能够并行使用不同端口用于数据的上行传输或接收，可同时进行不同物理量的检测、处理和运算，大大提高了系统对不同种物理量检测的需求。

进一步地，所述执行模块由蜂鸣器和用于控制温室大棚通气风扇系统的电平模拟开关组成，所述蜂鸣器与电平模拟开关与第二中心协调模块通信连接。当实时监测的烷烃类气体浓度超出设定的阈值时，中心协调器向蜂鸣器发射信号，使其蜂鸣报警；并向电平模拟开关发射高低电平信号控制温室大棚的通风排气系统工作。

进一步地，所述Zigbee自组网为依托Zigbee协议栈组建的无线自组网络。由于Zigbee自组网的特性，本实用新型的检测系统可与其他设备连接，能大大提高系统的应用范围。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型的基于Zigbee自组网的温室大棚气体火灾预警系统以单片机作为程序控制和数据处理核心，以Zigbee协议栈为依托组建无线网络通信；通过终端节点采集温室大棚内的烷烃类气体的浓度，并将浓度信息传输至中心协调器；中心协调器的设置根据预先存储的阈值，将实时的烷烃类气体浓度进行数据处理；通过执行模块的设置在实时气体浓度超出阈值时作出预警动作；通过单片机上足够的端口的设置能够并行使用不同端口用于数据的上行传输或接收，可同时进行不同物理量的检测、处理和运算，提高了系统对不同种物理量检测的需求；当实时监测的烷烃类气体浓度超出设定的阈值时，中心协调器向蜂鸣器发射信号使其蜂鸣报警、向电平模拟开关发射高低电平信号控制温室大棚的通风排气系统工作，避免火灾或爆炸带来的损失；且Zigbee自组网可与其他设备连接，能够提高系统的应用范围。

附图说明

图1为实施例一的基于Zigbee自组网的温室大棚气体火灾预警系统的原理框图；

图2为基于Zigbee自组网的温室大棚气体火灾预警系统的系统流程图；

图3为基于Zigbee自组网的温室大棚气体火灾预警系统的协调器建网流程图；

图4为基于Zigbee自组网的温室大棚气体火灾预警系统的节点传感器入网流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例1

如图1至图4所示为本实用新型的基于Zigbee自组网的温室大棚气体火灾预警系统的第一实施例，包括电池电源模块、气体浓度采集模块、中心协调模块和执行模块；电池电源系统用于为基于Zigbee自组网的温室大棚气体火灾预警系统供电；气体浓度采集模块用于实时采集烷烃类气体浓度，并将采集的数据传输至中心协调模块；中心协调模块用于数据的整合处理和阈值的存储设定，并向所述执行模块发射指令；执行模块用于接收来自中心协调模块的信号，用于发出预警信号和执行排气通风动作；由于Zigbee自组网的特性，检测系统可与其他设备连接，能大大提高系统的应用范围。

具体地，气体浓度采集模块由若干节点传感器组成，节点传感器上设有气体传感器，节点传感器具体为终端节点；中心协调模块由第一中心协调模块和第二中心协调模块，第一中心协调器模块由第一开发板、第一AD转换器、第一微处理器和第一射频天线组成，第二中心协调模块由第二开发板、第二AD转换器、第二微处理器和第二射频天线组成；第一协调模块与气体传感器间连接有信号调理电路，节点传感器与第一射频天线、第二AD转换器通信连接，执行模块与第二中心协调模块通信连接；第一开发板与所述第二开发板具体为CC2530单片机，所述CC2530单片机含有若干用于数据的上行传输或接收的端口。

另外，第二中心协调模块根据预先存储的阈值，将实时监测的烷烃类气体浓度进行数据处理，并向终端的执行模块发射信号。执行模块由蜂鸣器和用于控制温室大棚通气风扇系统的电平模拟开关组成，蜂鸣器与电平模拟开关与第二中心协调模块通信连接。本实施例中的节点传感器与中心协调模块均可申请加入Zigbee自组网，Zigbee自组网为依托Zigbee协议栈组建的无线自组网络。

本实施例的工作原理如下：

节点传感器的入网流程如图3所示，首先对节点传感器进行初始化设置，再寻找网络，发现网络后申请加入，加入网络成功后才能实行实时监控；若监测的气体浓度值超过阈值，即向中心协调模块发送数据，并指令执行模块作出报警动作；若监测的气体浓度值未超过阈值，即继续执行实时监控。

中心协调模块的入网流程如图4所示，首先对中心协调模块的程序进行初始化设置，再对中心协调模块设置气体浓度的阈值，尝试建网，建网成功后无线监听无线信号；监听到无线信号分配地址后继续监听。

基于Zigbee自组网的温室大棚气体火灾预警系统的检测系统的系统流程图如图1和图2所示，Zigbee组网完成后，气体传感器实时检测温室大棚内的烷烃类气体的浓度值，经信号调理电路调理后传输至第一AD转换器，将模拟信号转化为数字信号，并将数字信号传输至节点传感器；节点传感器通过Zigbee自组网将数字信号传输至第二中心协调模块，第二中心协调模块根据预先存储的阈值，将实时监测的烷烃类气体浓度进行数据处理，并向终端的执行模块发射信号；若实时监测的烷烃类气体浓度超出设定的阈值时，中心协调器向蜂鸣器发射信号，使其蜂鸣报警；向电平模拟开关发射高低电平信号控制温室大棚的通风排气系统工作。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。