具有多种有害气体检测功能的气体传感终端的组网结构的制作方法

本技术属于电力设备、电力施工，尤其涉及一种具有多种有害气体检测功能的气体传感终端的组网结构。

背景技术：

1、高压输电线路塔架在架设前一般需要打上半径1米、深度10～20米的垂直深井，通过深井将塔架牢牢地固定在建设点地面。为了避开居民区，高压输电线路塔架一般架设在山岭等复杂地域，大型机械无法开到现场作业，因此现场大多采用人工掏挖式施工。但由于塔架架设点地质条件复杂，深井中暴露出的土质可能存在易燃易爆、硫化氢、一氧化碳等有害气体浓度超标及氧气浓度偏低等安全隐患，威胁施工人员的生命安全。

2、根据相关安全工作规程要求，施工人员进入深基坑作业前，需要检测作业空间内氧气、易燃易爆气体及有毒有害气体浓度，确保作业空间安全后方可进入基坑内作业，防止发生重大安全事故。

3、目前普遍做法主要为在下坑之前，先进行有害气体浓度测量，常用的方法是采用有线式监测设备下放到基坑里面实现有害气体传感及信号传输，施工人员通过测量装置确认坑下无有害气体后再下井作业。

4、虽然目前也有集成4g模块、zigbee、wifi无线组网模块的便携式气体传感终端，但是在20米深的垂直深井下，基本没有4g信号；且zigbee、wifi等无线信号因为衰减而无法正常通信；将便携式气体传感终端放置深井下，井上施工人员很难或者根本无法直接获取井下检测仪的测量数据，因此往往需要将便携式气体传感终端吊装至井下，检测后再吊装至地面读取数据，导致测结果存在时间延迟，做不到行实时监测，操作也十分不便。

5、在某些偏远地区，基坑口也没有4g信号，导致测量数据不能实时上传及下发展示。

6、综上所述，现有的传统测量方式存在问题如下：

7、(1)有线式监测施工人员作业过程中，无法方便的知道有害气体浓度情况，需要井上人员配合通知，或者时刻关注井上监测装置的报警状态，同时坑下空间狭小，有线监测设备线缆会影响施工人员下井、上井速度及作业效率；基坑工地的其它作业人员在不增加设备的前提下无法了解基坑环境状态是否存在危险。

8、(2)便携式气体传感终端测量方式虽然在井下作业时可以让施工人员实时知道优化气体浓度情况，但下井前测量存在数据测量时延问题，因为井下气体浓度会时刻变化，且在施工过程中出现报警时，井上人员无法立即知晓井下情况以快速采取处理措施，且施工人员也无法实现紧急救援呼叫；基坑工地的其它作业人员在不增加设备的前提下同样无法了解基坑环境状态是否存在危险。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的缺陷和不足，本实用新型提供一种具有多种有害气体检测功能的气体传感终端的组网结构，提供了更适用于基坑施工现场的组网结构和节点设备的优选设计。

2、其最核心的特征在于提出了在施工现场构建lorawan网络以实现基坑内外的区域组网，为本地化采集、预警信息畅通奠定了硬件基础。在此基础上，可以进一步实现信息的远传或者现场边缘计算处理，能够更有效保障施工安全，且使用操作方便。

3、其具体采用以下技术方案：

4、一种具有多种有害气体检测功能的气体传感终端的组网结构，其特征在于：在基坑内布设一个或多个气体传感终端，在基坑外布设一个或多个现场边缘终端；所述气体传感终端与现场边缘终端通过lorawan网络构成连接；所述现场边缘终端通过移动通信网络连接后台监控系统；

5、所述气体传感终端采用单片机作为处理器，分别连接lora模块、氧气传感器、一氧化碳传感器、硫化氢传感器、甲烷传感器以及电源模块。

6、进一步地，所述单片机采用stm32l051，lora模块采用sx1278、氧气传感器采用honywello2-g2、一氧化碳传感器采用honywell4co-1000、硫化氢传感器采用honywell4h2s-100、甲烷传感器采用honywell4ch4-100，电源模块采用mp28163gq，并配置有三洋ur145003.7v4000mah的电池。

7、进一步地，所述气体传感终端采用聚酯橡胶壳体封装，外壳背部通过加强螺纹孔安装有安全带锁扣，用于将气体传感终端夹在施工人员穿戴的安全带上；所述壳体对应四个气体传感器的安装位置设置有开孔，用于气体扩散到传感器进行测量；所述壳体的四个脚采用透明聚酯窗，用于安装led指示灯，所述led指示灯连接单片机。

8、进一步地，所述现场边缘终端采用聚酯橡胶壳体封装；底部安装永磁体，用于吸附在基坑井架表面。

9、进一步地，所述现场边缘终端包括：ai处理器、存储器、wifi热点模块、lorawan网关、4g/5g模块、北斗定位模块、声光报警器、485通信控制电路及11000mah锂电池；所述lorawan网关用于组建现场lora通信网络，接收气体传感终端上传的氧气、甲烷、硫化氢、一氧化碳浓度值。

10、进一步地，鼓风机联动接口为电源控制继电器节点信号及485通信接口，所述现场边缘终端经继电器连接鼓风机的电源，用于在气体浓度报警时闭合现场基坑鼓风机电源，并通过485通信接口连接鼓风机，用于监视鼓风机运行状态。

11、本实用新型及其优选方案提出了在施工现场构建lorawan网络以实现基坑内外的区域组网，为本地化采集、预警信息畅通奠定了硬件基础。在此基础上，可以进一步实现信息的远传或者现场边缘计算处理，能够更有效保障施工安全，且使用操作方便。

技术特征：

1.一种具有多种有害气体检测功能的气体传感终端的组网结构，其特征在于：在基坑内布设一个或多个气体传感终端，在基坑外布设一个或多个现场边缘终端；所述气体传感终端与现场边缘终端通过lorawan网络构成连接；所述现场边缘终端通过移动通信网络连接后台监控系统；

2.根据权利要求1所述的具有多种有害气体检测功能的气体传感终端的组网结构，其特征在于：所述单片机采用stm32l051，lora模块采用sx1278、氧气传感器采用honywello2-g2、一氧化碳传感器采用honywell 4co-1000、硫化氢传感器采用honywell 4h2s-100、甲烷传感器采用honywell 4ch4-100，电源模块采用mp28163gq，并配置有三洋ur145003.7v 4000mah的电池。

3.根据权利要求1所述的具有多种有害气体检测功能的气体传感终端的组网结构，其特征在于：所述气体传感终端采用聚酯橡胶壳体封装，外壳背部通过加强螺纹孔安装有安全带锁扣，用于将气体传感终端夹在施工人员穿戴的安全带上；所述壳体对应四个气体传感器的安装位置设置有开孔，用于气体扩散到传感器进行测量；所述壳体的四个脚采用透明聚酯窗，用于安装led指示灯，所述led指示灯连接单片机。

4.根据权利要求1所述的具有多种有害气体检测功能的气体传感终端的组网结构，其特征在于：所述现场边缘终端采用聚酯橡胶壳体封装；底部安装永磁体，用于吸附在基坑井架表面。

5.根据权利要求1所述的具有多种有害气体检测功能的气体传感终端的组网结构，其特征在于：所述现场边缘终端包括：ai处理器、存储器、wifi热点模块、lorawan网关、4g/5g模块、北斗定位模块、声光报警器、485通信控制电路及11000mah锂电池；所述lorawan网关用于组建现场lora通信网络，接收气体传感终端终端上传的氧气、甲烷、硫化氢、一氧化碳浓度值。

6.根据权利要求5所述的具有多种有害气体检测功能的气体传感终端的组网结构，其特征在于：鼓风机联动接口为电源控制继电器节点信号及485通信接口，所述现场边缘终端经继电器连接鼓风机的电源，用于在气体浓度报警时闭合现场基坑鼓风机电源，并通过485通信接口连接鼓风机，用于监视鼓风机运行状态。

技术总结
本技术提出一种具有多种有害气体检测功能的气体传感终端的组网结构，包括在基坑内布设一个或多个气体传感终端，在基坑外布设一个或多个现场边缘终端；所述气体传感终端与现场边缘终端通过LoraWan网络构成连接；所述现场边缘终端通过移动通信网络连接后台监控系统；所述气体传感终端采用单片机作为处理器，分别连接lora模块、氧气传感器、一氧化碳传感器、硫化氢传感器、甲烷传感器以及电源模块。提供了更适用于基坑施工现场的组网结构和节点设备的优选设计。

技术研发人员：郭志彬,黄伟源,吴清,黄熠
受保护的技术使用者：国网福建省电力有限公司建设分公司
技术研发日：20221103
技术公布日：2024/1/12