一種無線網(wǎng)絡(luò)油氣抑爆控制器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種無線網(wǎng)絡(luò)油氣抑爆控制器，由上位機(jī)系統(tǒng)、下位機(jī)系統(tǒng)和給上位機(jī)系統(tǒng)、下位機(jī)系統(tǒng)供電的電源模塊組組成，上位機(jī)系統(tǒng)通過無線連接下位機(jī)系統(tǒng)；本控制器利用火源傳感器和煙霧傳感器對(duì)油氣田現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，利用nRF905無線模塊實(shí)現(xiàn)油氣田現(xiàn)場和控制室的數(shù)據(jù)傳輸，利用MCU作為控制處理單元，利用12864液晶作為抑爆控制器狀態(tài)的顯示輸出，并輔以聲光報(bào)警、風(fēng)機(jī)調(diào)控等功能模塊，是一種新型無線油氣抑爆裝置。本實(shí)用新型的有益效果是采用無線方式完成對(duì)系統(tǒng)的供電及通信功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。
【專利說明】一種無線網(wǎng)絡(luò)油氣抑爆控制器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于油氣抑爆控制設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種無線網(wǎng)絡(luò)油氣抑爆控制器。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)油氣能源產(chǎn)品的需求也會(huì)越來越多，而石油化學(xué)工業(yè)的原料、多數(shù)中間體、產(chǎn)品的易燃易爆特性決定了石油化工生產(chǎn)易發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故的固有特點(diǎn)，再加上物料在生產(chǎn)過程中多數(shù)位置溫度超過其自燃點(diǎn)，泄露出來，就會(huì)自燃著火，高壓生產(chǎn)使物料更加容易泄露，增加了危險(xiǎn)性，任何地方疏忽，都可能釀成火災(zāi)爆炸事故。基于工業(yè)消防安全要求，我國有關(guān)廠家在吸收國外先進(jìn)消防安全監(jiān)控技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過開發(fā)研制和配套應(yīng)用，形成了工業(yè)生產(chǎn)過程中專用的綜合性消防安全監(jiān)測系統(tǒng)，它們包括工業(yè)專用SL-M300消防安全網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測系統(tǒng)、SL-C300遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)客戶服務(wù)中心系統(tǒng)、SL-S200工業(yè)消防水噴霧滅火系統(tǒng)、SL-D500工業(yè)專用多級(jí)報(bào)警線型感溫探測器。現(xiàn)代石油化工生產(chǎn)，由于采用了自動(dòng)控制、信號(hào)報(bào)警、安全聯(lián)鎖和工業(yè)電視等一系列先進(jìn)手段，在正常情況下安全生產(chǎn)是有保障的。
[0003]目前，中小型油氣田的消防安全監(jiān)測系統(tǒng)還不是很完善，大型的工業(yè)生產(chǎn)過程專用的綜合性消防安全監(jiān)測系統(tǒng)投資巨大，而且操作系統(tǒng)復(fù)雜且功能單一，尤其是對(duì)事故的處理往往緊緊依靠在預(yù)防上，一旦預(yù)測報(bào)警沒有到位，事故就無法阻止。本課題的研究著力從預(yù)報(bào)和抑制兩個(gè)方面同時(shí)入手，阻止事故的發(fā)生和將事故消滅在發(fā)生初期，為抑制事故的發(fā)生提供了第二道防護(hù)技術(shù)手段。
[0004]針對(duì)油氣泄露在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場可能出現(xiàn)的爆炸抑制技術(shù)的研究則顯得格外重要。油氣爆炸抑制技術(shù)一般分為阻隔爆技術(shù)、抑爆技術(shù)和泄爆技術(shù)三類，目前可燃油氣抑爆技術(shù)已從被動(dòng)泄壓抑爆轉(zhuǎn)向主動(dòng)抑爆、阻爆技術(shù)。相對(duì)于泄爆、隔爆等安全措施而言,油氣抑爆可避免爆炸沖擊波對(duì)周圍人員及建構(gòu)物的破壞，也可減少有毒氣體、未燃物、火焰等排放到大氣中造成二次爆炸或污染，是一種更為安全、環(huán)保、有效的防爆方法。
[0005]傳統(tǒng)設(shè)備通常是通過有線介質(zhì)來完成對(duì)系統(tǒng)的供電及通信功能，而由于油氣場所通常存在環(huán)境惡劣、布線不易以及危險(xiǎn)性大等特點(diǎn)，如果能通過無人值守達(dá)到監(jiān)測監(jiān)控的目的就大大提高了操作人員的安全性。隨著無線信息技術(shù)的發(fā)展，無線介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)以低功耗、布網(wǎng)簡單、易操作、成本低等特點(diǎn)，越來越多的融入到了生活的各個(gè)領(lǐng)域。本實(shí)用新型控制器是基于單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)，根據(jù)任務(wù)設(shè)計(jì)要求，該控制器應(yīng)用于以甲烷(CH4)為主的油氣田。甲烷在傳輸管道里不與空氣接觸，也沒有火源，故不會(huì)自動(dòng)著火；但是一旦甲烷氣體泄漏，達(dá)到甲烷的爆炸極限即濃度在5%?16%時(shí)，星火般的明火也會(huì)引發(fā)爆炸。為了避免爆炸事故的發(fā)生以及減少事故爆炸產(chǎn)生的損失，需要傳感器實(shí)時(shí)對(duì)油氣田場所進(jìn)行探測，執(zhí)行裝置迅速動(dòng)作。再者，整個(gè)控制器要正常運(yùn)行工作，而且本控制器所涉及的硬件電路均是直流供電，一個(gè)穩(wěn)定的直流電源也不容忽視。此外，為了更好的實(shí)現(xiàn)控制器整體的效果，還設(shè)計(jì)了顯示模塊、報(bào)警模塊。實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的在提供一種無線網(wǎng)絡(luò)油氣抑爆控制器，解決了現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)油氣抑爆控制器通過有線介質(zhì)來完成對(duì)系統(tǒng)的供電及通信功能，系統(tǒng)布網(wǎng)復(fù)雜的問題。
[0007]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是由上位機(jī)系統(tǒng)、下位機(jī)系統(tǒng)和給上位機(jī)系統(tǒng)、下位機(jī)系統(tǒng)供電的電源模塊組組成，上位機(jī)系統(tǒng)通過無線連接下位機(jī)系統(tǒng)；
[0008]所述上位機(jī)系統(tǒng)包括上位機(jī)MCU控制芯片，上位機(jī)MCU控制芯片分別連接火源檢測傳感器、氣體傳感器、一級(jí)風(fēng)扇、二級(jí)風(fēng)扇、上位機(jī)聲音報(bào)警模塊、上位機(jī)報(bào)警燈、AD轉(zhuǎn)換模塊、抑爆裝置、上位機(jī)無線模塊，所述電源模塊組分別連接上位機(jī)MCU控制芯片、火源檢測傳感器、氣體傳感器、一級(jí)風(fēng)扇、二級(jí)風(fēng)扇、上位機(jī)聲音報(bào)警模塊、上位機(jī)報(bào)警燈、AD轉(zhuǎn)換模塊、抑爆裝置和上位機(jī)無線模塊，給上位機(jī)各模塊供電；
[0009]所述下位機(jī)系統(tǒng)包括下位機(jī)MCU控制芯片，下位機(jī)MCU控制芯片分別連接下位機(jī)無線模塊、液晶顯示模塊、獨(dú)立按鍵模塊、下位機(jī)聲音報(bào)警模塊和下位機(jī)報(bào)警燈，所述電源模塊組分別連接下位機(jī)MCU控制芯片、下位機(jī)無線模塊、液晶顯示模塊、獨(dú)立按鍵模塊、下位機(jī)聲音報(bào)警模塊和下位機(jī)報(bào)警燈，給下位機(jī)各模塊供電。
[0010]進(jìn)一步，所述電源模塊組包括主電源，主電源的12V輸出口分別連接12V轉(zhuǎn)5V電源模塊和備用電源，12V轉(zhuǎn)5V電源模塊的5V輸出口連接5V轉(zhuǎn)3.3V電源模塊。
[0011]進(jìn)一步，所述上位機(jī)MCU控制芯片和下位機(jī)MCU控制芯片型號(hào)為STC89C52RC單片機(jī)。
[0012]進(jìn)一步，所述上位機(jī)無線模塊和下位機(jī)無線模塊型號(hào)為nRF905。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果是采用無線方式完成對(duì)系統(tǒng)的供電及通信功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型一種無線網(wǎng)絡(luò)油氣抑爆控制器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是本實(shí)用新型MCU最小系統(tǒng)電路原理圖；
[0016]圖3是本實(shí)用新型火源檢測傳感器電路原理圖；
[0017]圖4是本實(shí)用新型聲音報(bào)警模塊電路原理圖；
[0018]圖5是本實(shí)用新型報(bào)警燈電路原理圖；
[0019]圖6是本實(shí)用新型一級(jí)風(fēng)扇電路原理圖；
[0020]圖7是本實(shí)用新型二級(jí)風(fēng)扇電路原理圖；
[0021]圖8是本實(shí)用新型氣體傳感器電路原理圖；
[0022]圖9是本實(shí)用新型AD轉(zhuǎn)換模塊電路原理圖；
[0023]圖10是本實(shí)用新型無線模塊電路連接原理圖；
[0024]圖11是本實(shí)用新型抑爆裝置電路原理圖；
[0025]圖12是本實(shí)用新型主電源電路原理圖；
[0026]圖13是本實(shí)用新型12V轉(zhuǎn)5V電源模塊電路原理圖；
[0027]圖14是本實(shí)用新型備用電源電路原理圖；
[0028]圖15是本實(shí)用新型5V轉(zhuǎn)3.3V電源模塊電路原理圖；
[0029]圖16是本實(shí)用新型液晶顯不模塊電路原理圖；
[0030]圖17是本實(shí)用新型獨(dú)立按鍵模塊電路原理圖；
[0031]圖18是本實(shí)用新型下位機(jī)程序流程圖；
[0032]圖19是本實(shí)用新型上位機(jī)程序流程圖；
[0033]圖20是本實(shí)用新型無線數(shù)據(jù)發(fā)送流程圖；
[0034]圖21是本實(shí)用新型無線數(shù)據(jù)接收流程圖；
[0035]圖22是本實(shí)用新型液晶顯示程序流程圖。
[0036]圖中，101.上位機(jī)MCU控制芯片，102.火源檢測傳感器，103.氣體傳感器，104.—級(jí)風(fēng)扇，105.二級(jí)風(fēng)扇，106.上位機(jī)聲音報(bào)警模塊，107.上位機(jī)報(bào)警燈，108.AD轉(zhuǎn)換模塊，109.抑爆裝置，110.上位機(jī)無線模塊，201.下位機(jī)MCU控制芯片，202.下位機(jī)無線模塊，203.液晶顯示模塊，204.獨(dú)立按鍵模塊，205.下位機(jī)聲音報(bào)警模塊，206.下位機(jī)報(bào)警燈，301.主電源，302.12V轉(zhuǎn)5V電源模塊，303.備用電源，304.5V轉(zhuǎn)3.3V電源模塊。

【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0038]本實(shí)用新型針對(duì)油氣田易發(fā)生油氣泄漏、火災(zāi)、爆炸等事故，設(shè)計(jì)了一種無線網(wǎng)絡(luò)油氣抑爆控制器。本控制器利用火源傳感器和煙霧傳感器對(duì)油氣田現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，利用nRF905無線模塊實(shí)現(xiàn)油氣田現(xiàn)場和控制室的數(shù)據(jù)傳輸，利用MCU作為控制處理單元，利用12864液晶作為抑爆控制器狀態(tài)的顯示輸出，并輔以聲光報(bào)警、風(fēng)機(jī)調(diào)控等功能模塊，是一種新型無線油氣抑爆裝置。通過實(shí)驗(yàn)，證明本控制器可以及時(shí)速度準(zhǔn)確的進(jìn)行危險(xiǎn)事故的預(yù)測、消除和處理。對(duì)于保障和提高油氣田場所的安全性有一定的借鑒價(jià)值。本系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境更換傳感器，具有很好的通用性。
[0039]本實(shí)用新型一種無線網(wǎng)絡(luò)油氣抑爆控制器，其由上位機(jī)系統(tǒng)、下位機(jī)系統(tǒng)和給上位機(jī)系統(tǒng)、下位機(jī)系統(tǒng)供電的電源模塊組組成；
[0040]如圖1所示，所述上位機(jī)系統(tǒng)包括上位機(jī)MCU控制芯片101，上位機(jī)MCU控制芯片101分別連接火源檢測傳感器102、氣體傳感器103、一級(jí)風(fēng)扇104、二級(jí)風(fēng)扇105、上位機(jī)聲音報(bào)警模塊106、上位機(jī)報(bào)警燈107、AD轉(zhuǎn)換模塊108、抑爆裝置109、上位機(jī)無線模塊110，所述電源模塊組分別連接上位機(jī)MCU控制芯片101、火源檢測傳感器102、氣體傳感器103、一級(jí)風(fēng)扇104、二級(jí)風(fēng)扇105、上位機(jī)聲音報(bào)警模塊106、上位機(jī)報(bào)警燈107、AD轉(zhuǎn)換模塊108、抑爆裝置109和上位機(jī)無線模塊110，給上位機(jī)各模塊供電；
[0041]所述下位機(jī)系統(tǒng)包括下位機(jī)MCU控制芯片201，下位機(jī)MCU控制芯片201分別連接下位機(jī)無線模塊202、液晶顯示模塊203、獨(dú)立按鍵模塊204、下位機(jī)聲音報(bào)警模塊205和下位機(jī)報(bào)警燈206，所述電源模塊組分別連接下位機(jī)MCU控制芯片201、下位機(jī)無線模塊202、液晶顯示模塊203、獨(dú)立按鍵模塊204、下位機(jī)聲音報(bào)警模塊205和下位機(jī)報(bào)警燈206，給下位機(jī)各模塊供電。
[0042]所述電源模塊組包括主電源301，主電源301的12V輸出口分別連接12V轉(zhuǎn)5V電源模塊302和備用電源303，12V轉(zhuǎn)5V電源模塊302的5V輸出口連接5V轉(zhuǎn)3.3V電源模塊304。
[0043]本實(shí)用新型正常情況下為單電源供電，接通電源，液晶顯示模塊203初始化，顯示各個(gè)模塊正常狀態(tài)，氣體傳感器103預(yù)熱30S左右開始正常工作，若氣體傳感器103檢測到氣體濃度異常，上位機(jī)聲音報(bào)警模塊106和下位機(jī)聲音報(bào)警模塊205開始報(bào)警，上位機(jī)報(bào)警燈107和下位機(jī)報(bào)警燈206開始燈光報(bào)警，液晶顯示模塊203顯示氣體濃度異常，一級(jí)風(fēng)扇104啟動(dòng)，若氣體濃度過大，報(bào)警，以及液晶顯示提示濃度過大，一級(jí)風(fēng)扇104、二級(jí)風(fēng)扇105均啟動(dòng)，直到氣體濃度恢復(fù)正常時(shí)，各種警報(bào)信號(hào)才會(huì)消除。若火源檢測傳感器102檢測到明火，抑爆裝置109會(huì)直接動(dòng)作，當(dāng)濃度超標(biāo)和明火同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，由于使用了單片機(jī)的中斷，按照終端的優(yōu)先級(jí)，抑爆裝置109優(yōu)先快速動(dòng)作，風(fēng)機(jī)裝置再執(zhí)行動(dòng)作。若市電發(fā)生突發(fā)事件，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到與之相關(guān)聯(lián)的備用電源303，使系統(tǒng)仍能繼續(xù)工作。
[0044]各模塊硬件電路:
[0045]上位機(jī)MCU控制芯片101和下位機(jī)MCU控制芯片201:以STC系列單片機(jī)為核心的最小控制系統(tǒng)。該方案的優(yōu)點(diǎn)是:應(yīng)用靈活，價(jià)格便宜，硬件結(jié)構(gòu)簡單，軟件編程容易上手，空股指功能較多，適用性和通用性強(qiáng)。STC89C52RC單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇。本控制器采用STC89C52作為系統(tǒng)的MCU，其自帶程序存儲(chǔ)器，因此只需再接上復(fù)位電路和時(shí)鐘電路，同時(shí)將石接高電平，ALE、信號(hào)不用，就構(gòu)成MCU最小系統(tǒng)，MCU最小系統(tǒng)電路原理如圖2所示。
[0046]本最小系統(tǒng)的特點(diǎn)是:
[0047](I)受集成度所限，只能用于小型控制單元。
[0048](2)大量的I/O 口線可供使用。
[0049](3)存儲(chǔ)器的容量有限。
[0050](4)適于在大批量生產(chǎn)的應(yīng)用系統(tǒng)中使用。
[0051]火源檢測傳感器102:火焰是物質(zhì)著火產(chǎn)生的灼熱發(fā)光的氣體部分，物質(zhì)燃燒到發(fā)光階段是物質(zhì)的全然階段，在這一階段中，火焰熱輻射含有大量的紅外線和紫外線。利用紫外線傳感器用于檢測早期燃燒的明火，優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)速度極快，靈敏性好，適用于火災(zāi)起始階段很短，火災(zāi)發(fā)展迅速的場合。利用火源傳感器對(duì)燃燒時(shí)火源的熱輻射以及火源的頻率進(jìn)行探測，可避免爆炸事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，從而最大程度的保障人身和財(cái)產(chǎn)安全。火源檢測傳感器102輸出為數(shù)字量，及高電平I和低電平O。正常情況下，傳感器輸出為低電平；當(dāng)傳感器檢測到火源時(shí)，輸出高電平?？紤]本控制器為抑爆控制器，要求在檢測到火源后能迅速的進(jìn)行處理，結(jié)合單片機(jī)的外部中斷O功能，實(shí)現(xiàn)抑爆控制器的迅速性。然而，中斷有兩種觸發(fā)方式:下降沿觸發(fā)和低電平觸發(fā)。故，火源傳感器模塊電路采用如圖3所示電路。在傳感器的信號(hào)輸出端接一個(gè)8050三極管，正常情況下，傳感器無輸出，三級(jí)換不導(dǎo)通，UV為高電平；當(dāng)檢測到火源時(shí)，傳感器輸出高電平，三極管導(dǎo)通，UV為低電平?；鹪礄z測傳感器102電路原理如圖3所示。
[0052]上位機(jī)聲音報(bào)警模塊106和下位機(jī)聲音報(bào)警模塊205:以蜂鳴器為核心,添加驅(qū)動(dòng)電路，構(gòu)成報(bào)警電路。該方案的優(yōu)點(diǎn)是成本較低，硬件結(jié)構(gòu)簡單，控制方便。本控制器聲光報(bào)警模塊主要針對(duì)特殊緊急情況下的警示，采用蜂鳴器和發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。聲音報(bào)警模塊電路原理如圖4所示，當(dāng)單片機(jī)相關(guān)引腳輸出低電平時(shí)，蜂鳴器鳴叫，如圖5所示為報(bào)警燈電路原理圖，此時(shí)上位機(jī)報(bào)警燈107和下位機(jī)報(bào)警燈206的發(fā)光二極管點(diǎn)亮。
[0053]一級(jí)風(fēng)扇104和二級(jí)風(fēng)扇105:針對(duì)于油氣田現(xiàn)場的甲烷濃度，本控制器設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)調(diào)控模塊。如圖6所示為一級(jí)風(fēng)扇104電路原理圖，圖7所示為二級(jí)風(fēng)扇105電路原理圖，當(dāng)煙霧傳感器采集的數(shù)據(jù)超過軟件程序設(shè)定的閾值時(shí)，單片機(jī)FS1、FS2輸出相應(yīng)執(zhí)行動(dòng)作電平，若為低電平，則會(huì)執(zhí)行風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多級(jí)風(fēng)機(jī)調(diào)控。
[0054]氣體傳感器103:本控制器致力于事故的預(yù)報(bào)和抑制，需要對(duì)現(xiàn)場甲烷氣體濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測并顯示。采用MQ-4，如圖8所示為氣體傳感器103電路原理圖，通過煙霧傳感器模擬量輸出段，得到模擬量，再進(jìn)過A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再送進(jìn)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示。
[0055]AD轉(zhuǎn)換模塊108:A/D0809是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，由8路模擬開關(guān)、地址鎖存譯碼器、A/D轉(zhuǎn)換器和三態(tài)輸出緩沖器組成。由于本控制器只采集一路模擬量，故直接將A、B、C引腳直接接地即選擇INO模擬輸入通道，CLK引腳我們選擇用軟件定時(shí)器使I/O輸出一個(gè)方波即可，這樣就省去了硬件電路外接的分頻器，OE為高電平時(shí)允許轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)輸出，故直接接VCC，ALE在上升沿時(shí)進(jìn)行地址鎖存，START在上升沿時(shí)清零，在下降沿時(shí)開始進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并且在轉(zhuǎn)換期間START保持低電平，故將START和ALE連接在一起，可以在上升沿時(shí)地址進(jìn)行鎖存并且在下降沿時(shí)自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。將A/D轉(zhuǎn)換后的8位數(shù)據(jù)輸入到PO 口，在單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。如圖9所示為AD轉(zhuǎn)換模塊108電路原理圖。
[0056]上位機(jī)無線模塊110和下位機(jī)無線模塊202:以nRF905進(jìn)行無線傳輸介質(zhì)。該方案的優(yōu)點(diǎn)是:功耗低，體積小，傳輸距離遠(yuǎn)，障礙穿透性能強(qiáng)，通信穩(wěn)定，抗干擾性強(qiáng)，多種低功率工作模式，節(jié)能設(shè)計(jì)更方便，成本低。nRF905是單片射頻收發(fā)芯片，工作于ISM頻段(433MHz)，芯片內(nèi)置功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器和頻率合成器等功能模塊，通信頻道與輸出功率可通過軟件編程進(jìn)行設(shè)置。芯片能耗低，以1dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流僅30mA，接收時(shí)工作電流只有12.5mA，多種工作模式，待機(jī)模式下電流僅為12.5 μ A，節(jié)能設(shè)計(jì)方便。其ShockBurst技術(shù)可在通訊時(shí)自動(dòng)生成前導(dǎo)碼和CRC校驗(yàn)位。nRF905適用于許多無線通信的場合，如無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、家庭自動(dòng)化、報(bào)警及安全系統(tǒng)、無線門禁系統(tǒng)、遙感監(jiān)測等。如圖10所示為無線模塊電路連接原理圖。I引腳VCC接+3.3V電源，13引腳GUN、14引腳GUN接地，4引腳uCLK不接，其余引腳與單片機(jī)I/O 口連接。
[0057]抑爆裝置109:當(dāng)本控制器系統(tǒng)檢測到火源時(shí)，MCU控制抑爆裝置迅速動(dòng)作。抑爆裝置需要大于500mA的電流進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，進(jìn)過實(shí)驗(yàn)測試，一級(jí)放大難以滿足要求，故采用二級(jí)放大，且為了使三極管Q8到同事電流最大，在Q7的集電極只接阻值為330Ω的電阻。如圖11所示為抑爆裝置109電路原理圖，當(dāng)火源檢測傳感器102輸出為低電平時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)中斷，在POP端輸出低電平，使抑爆裝置在20mS內(nèi)迅速執(zhí)行動(dòng)作，將事故損失降低到最小。
[0058]電源模塊:以+12V蓄電池為電源，通過穩(wěn)壓電路，可得到+5V，從而可驅(qū)動(dòng)單片機(jī)和各模塊電路。該方案的優(yōu)點(diǎn)是:投資較少，免維護(hù)，對(duì)溫度等環(huán)境因素要求不高，輸出電壓較穩(wěn)定。電源模塊3中，主電源301電路原理圖如圖12、12V轉(zhuǎn)5V電源模塊302電路原理圖如圖13、備用電源303電路原理圖如圖14和5V轉(zhuǎn)3.3V電源模塊304電路原理圖如圖15。因?yàn)榛鹪礄z測傳感器102工作電壓為7V以上，而本控制器所涉及到的其他模塊元器件的工作電壓為5V和3.3V，所以采用7805和AMSl 117穩(wěn)壓芯片進(jìn)行穩(wěn)壓。又考慮到本控制器對(duì)電源穩(wěn)定性的要求，故本控制器主電源301采用220V經(jīng)變壓器降壓到9V，再經(jīng)整流濾波電路、7812穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓后得到12V電源、對(duì)控制器進(jìn)行供電；備用電源303則采用+12V蓄電池，同時(shí)也經(jīng)過整流7805和AMS1117穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓得到控制器所需電壓。備用電源303繼電器與主電源301電路進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，即繼電器的常開端和主電源301連接，常閉端與備用電源303連接，從而達(dá)到主電源301和備用電源303的自動(dòng)切換。
[0059]液晶顯示模塊203:采用IXD128642液晶模塊構(gòu)成顯示電路。該方案的優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡單，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個(gè)中文漢字、128個(gè)字符及64X256點(diǎn)陣顯示RAM?？膳cMCU直接接口，可以提供兩種連接MCU方式:串行和并行連接方式。并且還具有其他功能:光標(biāo)顯示、畫面移位、睡眠模式等。本控制器采用12864液晶并行方式顯示輸出。如圖16所示液晶顯示模塊203電路原理圖，VDD、BLK引腳接地，VCC、BLA引腳接+5V，RS、R/W、E引腳接單片機(jī)的控制線，D0-D7數(shù)據(jù)口與單片機(jī)PO 口連接，PSB、RST引腳則本控制器的實(shí)際情況直接接+5V，進(jìn)行硬件置高，減少單片機(jī)I/O的占用，以及軟件程序的編寫。
[0060]獨(dú)立按鍵模塊204:按鍵電路可分為獨(dú)立式按鍵和矩陣式鍵盤。本控制器采用獨(dú)立式按鍵。如圖17所示，I/O 口常態(tài)為高電位，按下按鍵時(shí)為低電位。結(jié)合軟件編程，采用掃描法實(shí)現(xiàn)按鍵的識(shí)別。
[0061]軟件程序設(shè)計(jì):下位機(jī)程序流程圖如圖18所示，其主要職責(zé)在于采集氣體傳感器103和火源檢測傳感器102的信號(hào)，待信號(hào)采集完畢即發(fā)送信號(hào)至上位機(jī)，等待處理結(jié)果，收到上位機(jī)系統(tǒng)的處理信號(hào)后及執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。
[0062]上位機(jī)程序流程圖如圖19所示。其主要職責(zé)在于處理下位機(jī)系統(tǒng)發(fā)送的火源檢測傳感器102的信號(hào)，考慮單片機(jī)處理數(shù)據(jù)的順序性和對(duì)爆炸事故的決定性首先處理火源信號(hào)，處理顯示存在火源即存在爆炸的必然條件，需要及時(shí)報(bào)警顯示并及時(shí)執(zhí)行滅火動(dòng)作，其次檢測濃度信號(hào)，濃度一旦超標(biāo)即存在爆炸的安全隱患，需要及時(shí)報(bào)警顯示并執(zhí)行風(fēng)扇動(dòng)作，稀釋濃度。
[0063]nRF905無線數(shù)據(jù)傳輸在軟件設(shè)計(jì)過程中也分為兩部分:數(shù)據(jù)的發(fā)送與數(shù)據(jù)的接受，在實(shí)際使用過程中此模塊成對(duì)存在，此發(fā)彼收，彼發(fā)此收的全雙工工作模式，故每個(gè)模塊都需要具備收發(fā)兩部分程序。如圖20所示為無線數(shù)據(jù)發(fā)送流程圖，圖21為無線數(shù)據(jù)接收流程圖。
[0064]本設(shè)計(jì)以IXD12864作為顯示，液晶顯示子程序流程圖如圖22所示。本次顯示模塊子為成品模塊，只需要寫入單片機(jī)顯示程序。程序中首先對(duì)顯示模塊初始化，之后指定顯示的起始位置，開始顯示字符串，顯示完畢后判斷是否需要換行，如需要換行需要設(shè)置其行列號(hào)，最后判斷是否顯示完畢，完畢則回到屏幕左上角。
[0065]本實(shí)用新型的功能有:利用MQ-4催化式燃燒氣敏元件的原理，進(jìn)行可燃性氣體濃度的探測，可早期發(fā)現(xiàn)潛在危險(xiǎn)因素。利用火源傳感器對(duì)燃燒時(shí)火源的熱輻射以及火源的頻率進(jìn)行探測，可避免爆炸事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，從而最大程度的保障人身和財(cái)產(chǎn)安全。不間斷電源功能，整個(gè)控制器的電源由主電源和備用電源構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)主、備用電源的自動(dòng)切換、電源工作狀態(tài)指示以及各模塊的供電。抑爆功能，當(dāng)檢測到環(huán)境中存在明火時(shí)，抑爆裝置迅速動(dòng)作。聲光報(bào)警功能，當(dāng)MQ-4和火源傳感器采集的信號(hào)數(shù)據(jù)超過單片機(jī)所設(shè)定的閾值，相應(yīng)的指示燈就會(huì)點(diǎn)亮，同時(shí)報(bào)警器鳴叫報(bào)警。多級(jí)風(fēng)機(jī)調(diào)速功能，通過MQ-4對(duì)環(huán)境氣體濃度的檢測，單片機(jī)的判斷，控制風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)。液晶顯示功能，當(dāng)控制器正常運(yùn)行工作時(shí)，液晶顯示屏上將會(huì)顯示控制器的運(yùn)行狀態(tài)信息和實(shí)時(shí)參數(shù)以及執(zhí)行裝置動(dòng)作的狀態(tài)。
[0066]本實(shí)用新型控制器無論在可靠性、安全性，還是所組成器件的特征、實(shí)施的控制方法、工作方式、工作地點(diǎn)、體積、重量、設(shè)備調(diào)試等許多方面，是大型監(jiān)測系統(tǒng)是所無法比擬的，而且由于單片機(jī)操作維護(hù)簡單，減少了對(duì)操作人員專業(yè)知識(shí)的要求，有利于系統(tǒng)的推廣。
[0067]以上所述僅是對(duì)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式而已，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施方式所做的任何簡單修改，等同變化與修飾，均屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種無線網(wǎng)絡(luò)油氣抑爆控制器，其特征在于:由上位機(jī)系統(tǒng)、下位機(jī)系統(tǒng)和給上位機(jī)系統(tǒng)、下位機(jī)系統(tǒng)供電的電源模塊組組成，上位機(jī)系統(tǒng)通過無線連接下位機(jī)系統(tǒng)； 所述上位機(jī)系統(tǒng)包括上位機(jī)MCU控制芯片(101)，上位機(jī)MCU控制芯片(101)分別連接火源檢測傳感器(102)、氣體傳感器(103)、一級(jí)風(fēng)扇(104)、二級(jí)風(fēng)扇(105)、上位機(jī)聲音報(bào)警模塊(106)、上位機(jī)報(bào)警燈(107)、AD轉(zhuǎn)換模塊(108)、抑爆裝置(109)、上位機(jī)無線模塊(110)，所述電源模塊組分別連接上位機(jī)MCU控制芯片(101)、火源檢測傳感器(102)、氣體傳感器(103)、一級(jí)風(fēng)扇(104)、二級(jí)風(fēng)扇(105)、上位機(jī)聲音報(bào)警模塊(106)、上位機(jī)報(bào)警燈(107)、AD轉(zhuǎn)換模塊(108)、抑爆裝置(109)和上位機(jī)無線模塊(110)，給上位機(jī)各模塊供電； 所述下位機(jī)系統(tǒng)包括下位機(jī)MCU控制芯片(201)，下位機(jī)MCU控制芯片(201)分別連接下位機(jī)無線模塊(202)、液晶顯示模塊(203)、獨(dú)立按鍵模塊(204)、下位機(jī)聲音報(bào)警模塊(205)和下位機(jī)報(bào)警燈(206)，所述電源模塊組分別連接下位機(jī)MCU控制芯片(201)、下位機(jī)無線模塊(202)、液晶顯示模塊(203)、獨(dú)立按鍵模塊(204)、下位機(jī)聲音報(bào)警模塊(205)和下位機(jī)報(bào)警燈(206)，給下位機(jī)各模塊供電。
2.按照權(quán)利要求1所述一種無線網(wǎng)絡(luò)油氣抑爆控制器，其特征在于:所述電源模塊組包括主電源(301)，主電源(301)的12V輸出口分別連接12V轉(zhuǎn)5V電源模塊(302)和備用電源(303)，12V轉(zhuǎn)5V電源模塊(302)的5V輸出口連接5V轉(zhuǎn)3.3V電源模塊(304)。
3.按照權(quán)利要求1所述一種無線網(wǎng)絡(luò)油氣抑爆控制器，其特征在于:所述上位機(jī)MCU控制芯片(101)和下位機(jī)MCU控制芯片(201)型號(hào)為STC89C52RC單片機(jī)。
4.按照權(quán)利要求1所述一種無線網(wǎng)絡(luò)油氣抑爆控制器，其特征在于:所述上位機(jī)無線模塊(110)和下位機(jī)無線模塊(202)型號(hào)為nRF905。
【文檔編號(hào)】A62C37/00GK203915838SQ201420329183
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月19日
【發(fā)明者】邵小強(qiáng), 袁鑫, 趙靜敏, 王斐, 胡亞莉, 符銘傳, 王劍超 申請(qǐng)人:西安科技大學(xué)