基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)，包括：實(shí)時(shí)監(jiān)測涉氣設(shè)備的Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)，Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)包括氣敏傳感器模塊和Zigbee終端模塊；Zigbee協(xié)調(diào)器，與Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)建立無線通信連接以匯總Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)上傳的采集數(shù)據(jù)；與Zigbee協(xié)調(diào)器通信連接的控制主機(jī)，包括數(shù)據(jù)存儲器、故障報(bào)警器、安全繼電器和微處理器，微處理器在分析得到采集數(shù)據(jù)中氣體濃度超過預(yù)設(shè)的氣體濃度閾值時(shí)觸發(fā)故障報(bào)警器予以報(bào)警并控制安全繼電器將對應(yīng)的涉氣設(shè)備予以關(guān)斷。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)，充分利用Zigbee的自組織網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)以及安全繼電器的自診斷和冗余容錯(cuò)功能，利用兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合對車間設(shè)備進(jìn)行安全可靠控制，提高車間工作環(huán)境的安全性。
【專利說明】基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣體監(jiān)控系統(tǒng)，特別是一種基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，隨著生產(chǎn)工藝的復(fù)雜，工廠車間的設(shè)備也日益繁復(fù)，工業(yè)生產(chǎn)的安全性也越來越受到重視，在工廠車間氣體的生產(chǎn)和輸送過程中，一旦系統(tǒng)中的某個(gè)設(shè)備工作不正常(失效)，如氣體輸送過程中發(fā)生氣體泄漏，就有可能發(fā)生諸如工廠車間的火災(zāi)、爆炸等危險(xiǎn)事件，會對人員、設(shè)備或環(huán)境造成災(zāi)難性后果。
[0003]基于工業(yè)生產(chǎn)中安全的重要性，許多企業(yè)采用了氣體監(jiān)控的措施。傳統(tǒng)的氣體監(jiān)控措施大多以有線方式進(jìn)行連接監(jiān)控，這種監(jiān)控方式存在很多弊端，如體積龐大、設(shè)備笨重、造價(jià)高昂、監(jiān)控范圍小、布線困難、維護(hù)工作量大等。同時(shí)，這種系統(tǒng)的抗干擾性也比較差，一旦某處線路出現(xiàn)問題可能導(dǎo)致整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)無法工作，在很大程度上限制了監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中氣體監(jiān)控系統(tǒng)存在的體積龐大、設(shè)備笨重、造價(jià)高昂、監(jiān)控范圍小、布線困難、維護(hù)工作量大、可靠性差等問題。
[0005]為解決上述問題及其他問題，本發(fā)明提供一種基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)，包括:Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)，對應(yīng)設(shè)置在工業(yè)生產(chǎn)所涉及的涉氣設(shè)備上、用于實(shí)時(shí)監(jiān)測所述涉氣設(shè)備的氣體濃度；所述Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)包括氣敏傳感器模塊和Zigbee終端模塊；Zigbee協(xié)調(diào)器,通過所述Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)中的Zigbee終端模塊而與所述Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)建立無線通信連接以匯總所述Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)上傳的采集數(shù)據(jù)；與所述Zigbee協(xié)調(diào)器通信連接的控制主機(jī)，所述控制主機(jī)包括:用于存儲所述采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲器；故障報(bào)警器；安全繼電器；與所述數(shù)據(jù)存儲器、所述故障報(bào)警器以及所述故障報(bào)警器連接，用于對從所述Zigbee協(xié)調(diào)器接收到的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及作出相應(yīng)控制的微處理器；所述微處理器在分析得到所述采集數(shù)據(jù)中氣體濃度超過預(yù)設(shè)的氣體濃度閾值時(shí)觸發(fā)所述故障報(bào)警器予以報(bào)警并控制所述安全繼電器將與發(fā)生氣體泄漏所對應(yīng)的涉氣設(shè)備予以關(guān)斷。
[0006]可選地，所述采集數(shù)據(jù)包括所述Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)采集的氣體數(shù)據(jù)和與所述Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的所述涉氣設(shè)備的設(shè)備數(shù)據(jù)。
[0007]可選地，所述Zigbee終端模塊包括:供電電源；收發(fā)天線；存儲模塊，與所述氣敏傳感器模塊連接、用于存儲所述采集數(shù)據(jù)；控制處理器，與所述氣敏傳感器模塊、所述數(shù)據(jù)存儲模塊、以及所述收發(fā)天線連接，用于控制所述氣敏傳感器模塊向所述涉氣設(shè)備采集氣體數(shù)據(jù)及調(diào)用所述存儲模塊中的采集數(shù)據(jù)以通過所述收發(fā)天線予以上傳。
[0008]可選地，所述Zigbee協(xié)調(diào)器匯總所述Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)上傳的采集數(shù)據(jù)，包括:所述Zigbee協(xié)調(diào)器以廣播方式獲取無線通信連接的所述Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的采集數(shù)據(jù)，將獲取的所述采集數(shù)據(jù)加入消息隊(duì)列，從所述消息隊(duì)列中讀出所述采集數(shù)據(jù)并將其封裝成數(shù)據(jù)包，并將所述數(shù)據(jù)包上傳至所述控制主機(jī)。
[0009]可選地，所述Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)與所述Zigbee協(xié)調(diào)器之間的組網(wǎng)方式包括星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0010]可選地，所述安全繼電器包括:供電電源；控制單元，所述控制單元還具有第一控制器、第二控制器以及用于連接所述第一控制器和所述第二控制器的內(nèi)部雙通道；與所述微處理器連接的第一繼電器和與被測的所述涉氣設(shè)備的總開關(guān)連接的第二繼電器；位于所述供電電源和所述第二繼電器之間的控制通道；設(shè)在所述內(nèi)部雙通道上、與所述第一繼電器對應(yīng)的第一雙控開關(guān)，所述第一繼電器在所述微處理器分析得到所述采集數(shù)據(jù)中氣體濃度超過預(yù)設(shè)的氣體濃度閾值時(shí)控制所述第一雙控開關(guān)斷開；設(shè)在所述控制通道上、與所述第二繼電器對應(yīng)的第一瞬時(shí)雙控開關(guān)、第二瞬時(shí)雙控開關(guān)、第一延時(shí)開關(guān)、以及第二延時(shí)開關(guān)，其中，所述第一瞬時(shí)雙控開關(guān)與所述第二瞬時(shí)雙控開關(guān)串接在所述供電電源和所述第二繼電器之間，所述第一延時(shí)開關(guān)和所述第二延時(shí)開關(guān)串接在所述供電電源和所述第二繼電器之間，所述第一瞬時(shí)雙控開關(guān)和所述第一延時(shí)開關(guān)與所述第一控制器對應(yīng)，所述第二瞬時(shí)雙控開關(guān)和所述第二延時(shí)開關(guān)與所述第二控制器對應(yīng)，所述控制單元在所述第一雙控開關(guān)斷開后分別通過所述第一控制器和所述第二控制器控制所述第一瞬時(shí)雙控開關(guān)和所述第二瞬時(shí)雙控開關(guān)瞬時(shí)斷開以及分別通過所述第一控制器和所述第二控制器控制所述第一延時(shí)開關(guān)和所述第二延時(shí)開關(guān)延時(shí)斷開，從而觸發(fā)所述第二繼電器關(guān)斷對應(yīng)的所述涉氣設(shè)備的總開關(guān)。
[0011]可選地，所述安全繼電器還包括與所述控制單元連接的延遲單元，用于設(shè)定所述第一延時(shí)開關(guān)和所述第二延時(shí)開關(guān)相較于所述第一瞬時(shí)雙控開關(guān)和所述第二瞬時(shí)雙控開關(guān)的延遲時(shí)間。
[0012]可選地，所述安全繼電器還包括與所述控制單元連接的復(fù)位開關(guān)，所述復(fù)位開關(guān)在被觸發(fā)時(shí)向所述控制單元發(fā)送復(fù)位信號，以供所述控制單元根據(jù)所述復(fù)位信號控制第一瞬時(shí)雙控開關(guān)、第二瞬時(shí)雙控開關(guān)、第一延時(shí)開關(guān)、以及第二延時(shí)開關(guān)閉合，從而觸發(fā)所述第二繼電器開啟對應(yīng)的所述涉氣設(shè)備的總開關(guān)。
[0013]可選地，所述安全繼電器還包括:設(shè)在所述控制單元兩端的內(nèi)部發(fā)光二極管，作為所述安全繼電器的電源開關(guān)；分別位于所述第二瞬時(shí)雙控開關(guān)與所述第二繼電器之間的一路雙控制通道上的第一外部發(fā)光二極管、第二外部發(fā)光二極管以及位于所述第二延時(shí)開關(guān)與所述第二繼電器之間的另一路單控制通道上的第三外部發(fā)光二極管，用于檢測所述安全繼電器的輸出狀態(tài)。
[0014]可選地，所述涉氣設(shè)備包括:產(chǎn)生氣體的氣體產(chǎn)生設(shè)備、運(yùn)輸氣體的氣體運(yùn)輸設(shè)備、和/或利用氣體的用氣設(shè)備。
[0015]本發(fā)明提供的基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)，充分利用Zigbee的低功耗、組網(wǎng)方便、可擴(kuò)展性強(qiáng)、可靠性高的特點(diǎn)以及安全繼電器的自診斷和冗余容錯(cuò)功能，利用兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合對涉氣設(shè)備進(jìn)行安全可靠控制，具有壽命長、使用方便、高可靠性、高安全性等優(yōu)點(diǎn)，并且無需人為操作，可全方位監(jiān)控車間的氣體濃度，并在得到采集數(shù)據(jù)中氣體濃度超過預(yù)設(shè)的氣體濃度閾值時(shí)觸發(fā)報(bào)警并利用安全繼電器將與發(fā)生氣體泄漏所對應(yīng)的涉氣設(shè)備予以關(guān)斷，方便解決氣體在生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中的泄漏問題，提高工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的安全性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明基于Zigbee的安全繼電器氣體監(jiān)控系統(tǒng)一個(gè)實(shí)施方式中的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為圖1中Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3為本發(fā)明基于Zigbee的安全繼電器氣體監(jiān)控系統(tǒng)中控制主機(jī)的電路結(jié)構(gòu)不意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn):在現(xiàn)有技術(shù)中，氣體監(jiān)控系統(tǒng)多采用有線方式，存在的體積龐大、設(shè)備笨重、造價(jià)高昂、監(jiān)控范圍小、布線困難、維護(hù)工作量大、可靠性差等問題。因此，本發(fā)明的發(fā)明人對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，提供了基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)，充分利用Zigbee的自組織網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)以及安全繼電器的自診斷和冗余容錯(cuò)功能，利用兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合對車間設(shè)備進(jìn)行安全可靠控制，提高車間工作環(huán)境的安全性。
[0020]以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0021]需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖式僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0022]以下將以一具體實(shí)例來詳細(xì)說明本發(fā)明基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)。
[0023]圖1顯示了本發(fā)明基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)在一個(gè)實(shí)施方式中的結(jié)構(gòu)示意圖。需要說明的是，本發(fā)明的基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的中，用于對工業(yè)生產(chǎn)所涉及的各個(gè)涉氣設(shè)備的進(jìn)行氣體監(jiān)控，以確保工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的安全性。如圖1所示，本發(fā)明基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)包括=Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)2、Zigbee協(xié)調(diào)器4、以及控制主機(jī)6。
[0024]Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)2對應(yīng)設(shè)置在工業(yè)生產(chǎn)所涉及的各個(gè)涉氣設(shè)備處，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測各個(gè)所述涉氣設(shè)備的氣體濃度。在本實(shí)施例中，所述涉氣設(shè)備既可以是生產(chǎn)車間之內(nèi)的也可以是生產(chǎn)車間之外的，包括如下的一種或多種:產(chǎn)生氣體的氣體產(chǎn)生設(shè)備、運(yùn)輸氣體的氣體運(yùn)輸設(shè)備(包括運(yùn)輸管道)、和/或利用氣體的用氣設(shè)備。Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)2的數(shù)量可根據(jù)所需監(jiān)測的涉氣設(shè)備而定，一般而言，一個(gè)涉氣設(shè)備上可配置一個(gè)Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)2，但并不以此為限，若一個(gè)涉氣設(shè)備具有需要監(jiān)測的多個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，那么那一個(gè)涉氣設(shè)備上的每一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)均可配置一個(gè)Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)2。在本實(shí)施例中，需特別說明的是，Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)2采用的是基于Zigbee技術(shù)的設(shè)備，多個(gè)Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)2可以通過Zigbee技術(shù)構(gòu)成自組織無線通信網(wǎng)絡(luò)。
[0025]進(jìn)一步地，結(jié)合圖1和圖2，Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)2更可包括氣敏傳感器模塊21和Zigbee終端模塊23。氣敏傳感器模塊21是一種檢測特定氣體(例如:一氧化碳CO氣體、二氧化碳CO2氣體、瓦斯氣體、煤氣、氟利昂等)的傳感器，它將氣體類型及其與濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號根據(jù)這些電信號的強(qiáng)弱就可以獲得與待測氣體在環(huán)境中的存在情況有關(guān)的信息從而可以進(jìn)行檢測、監(jiān)控。一般地，氣敏傳感器模塊21大多是以金屬氧化物半導(dǎo)體為基礎(chǔ)材料，當(dāng)被測氣體在該半導(dǎo)體表面吸附后，可引起其電學(xué)特性(例如電導(dǎo)率)發(fā)生變化。Zigbee終端模塊23更包括:供電電源231、收發(fā)天線233、存儲模塊235、以及控制處理器237。供電電源231用于提供電力支持，在實(shí)際應(yīng)用中，供電電源可以為交流-直流轉(zhuǎn)換器或蓄電池。收發(fā)天線233作為通信接口，用于收發(fā)數(shù)據(jù)。存儲模塊235與氣敏傳感器模塊21連接、用于存儲氣敏傳感器模塊21及其對應(yīng)的所述涉氣設(shè)備的采集數(shù)據(jù)，在本實(shí)施例中，所述采集數(shù)據(jù)包括氣敏傳感器模塊21采集的氣體數(shù)據(jù)(例如氣體類型和氣體濃度等)和與氣敏傳感器模塊21對應(yīng)的所述涉氣設(shè)備的設(shè)備數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲模塊235可以為常規(guī)的存儲芯片，優(yōu)選地，例如為Flash芯片?？刂铺幚砥?37與氣敏傳感器模塊21、數(shù)據(jù)存儲模塊235、以及收發(fā)天線233連接，用于控制氣敏傳感器模塊21向所述涉氣設(shè)備采集氣體數(shù)據(jù)及調(diào)用存儲模塊235中的采集數(shù)據(jù)以通過收發(fā)天線233向Zigbee協(xié)調(diào)器4予以上傳。在本實(shí)施例中，控制處理器237可以是DSP芯片或單片機(jī)，例如CC2530處理器。
[0026]Zigbee協(xié)調(diào)器4通過各個(gè)Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)2中的Zigbee終端模塊23而與各個(gè)Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)2建立無線通信連接,用于匯總無線通信連接的各個(gè)Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)上傳的采集數(shù)據(jù)。在本實(shí)施例中，特別地，Zigbee協(xié)調(diào)器4與Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)2是通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)建立通信連接的。Zigbee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議，其具有如下優(yōu)點(diǎn):1、近距離；2、低復(fù)雜度、自組織；3、低功耗；4、低速率，采用Zigbee技術(shù)的產(chǎn)品可以在2.4GHz上提供250kbps (16個(gè)信道)，在915MHz上提供40kbps (10個(gè)信道)和在868MHz上提供20kbps (I個(gè)信道)的傳輸速率；5、短時(shí)延；6、低成本，Zigbee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡單，所以大大降低了成本；7、高容量，Zigbee采用多種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn)，最多一個(gè)主節(jié)點(diǎn)可管理254個(gè)子節(jié)點(diǎn)；同時(shí)主節(jié)點(diǎn)還可以由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最多可組成65000個(gè)節(jié)點(diǎn)的大型網(wǎng)絡(luò)。另外，Zigbee技術(shù)具有自動組網(wǎng)功能，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠感知其他節(jié)點(diǎn)的存在，并確定連接關(guān)系，組成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點(diǎn)的增加或刪除、位置的變化以及故障發(fā)生時(shí)，網(wǎng)絡(luò)都能自我修復(fù)，并對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，無需人工干預(yù)，仍然能夠保證整個(gè)系統(tǒng)正常工作。再有，Zigbee協(xié)調(diào)器4與各個(gè)Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)2之間的建立的Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)可以采用不同的組網(wǎng)方式，例如星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0027]在本實(shí)施例中，各個(gè)Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)2需要將采集數(shù)據(jù)(監(jiān)測點(diǎn)的氣體數(shù)據(jù)和Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的所述涉氣設(shè)備的設(shè)備數(shù)據(jù))上傳至相應(yīng)的Zigbee協(xié)調(diào)器4，BP,Zigbee協(xié)調(diào)器4會匯總無線通信連接的各個(gè)Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)2上傳的采集數(shù)據(jù)。更進(jìn)一步地，Zigbee協(xié)調(diào)器4還包括對匯總的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換后再上傳至控制主機(jī)
6。在實(shí)際應(yīng)用中，Zigbee協(xié)調(diào)器4匯總由Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)2上傳的采集數(shù)據(jù)并對匯總的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換以供上傳，包括=Zigbee協(xié)調(diào)器4以廣播方式獲取相連的Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)2上傳的采集數(shù)據(jù)，將獲取的所述采集數(shù)據(jù)加入網(wǎng)關(guān)消息隊(duì)列，從所述網(wǎng)關(guān)消息隊(duì)列中讀出所述采集數(shù)據(jù)并將其封裝成數(shù)據(jù)包，再將所述數(shù)據(jù)包上傳至控制主機(jī)6。
[0028]控制主機(jī)6與Zigbee協(xié)調(diào)器4建立通信連接，用于對所述Zigbee協(xié)調(diào)器4進(jìn)行管控、匯總由Zigbee協(xié)調(diào)器4上傳的采集數(shù)據(jù)、對匯總的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、分析、統(tǒng)計(jì)及處理、以及根據(jù)分析結(jié)果通過Zigbee協(xié)調(diào)器4向相應(yīng)的Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)2發(fā)送管控指令。
[0029]在本實(shí)施例中，控制主機(jī)6更包括:數(shù)據(jù)存儲器61、故障報(bào)警器63、安全繼電器65、以及微處理器67。數(shù)據(jù)存儲器61用于存儲各個(gè)Zigbee協(xié)調(diào)器4上傳的采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲器61可以為常規(guī)的存儲芯片，優(yōu)選地，例如為Flash芯片。微處理器67與安全繼電器65、故障報(bào)警器63以及數(shù)據(jù)存儲器61連接，用于對接收到的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及作出相應(yīng)控制。具體地，微處理器67對接收到的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，若在分析得到有一個(gè)采集數(shù)據(jù)中的氣體數(shù)據(jù)的氣體濃度超過預(yù)設(shè)的針對該氣體類型的氣體濃度閾值時(shí)，則執(zhí)行:向故障報(bào)警器63發(fā)送一報(bào)警控制信號以觸發(fā)故障報(bào)警器63予以報(bào)警，并向安全繼電器65發(fā)送控制指令以令安全繼電器65將與發(fā)生氣體泄漏所對應(yīng)的涉氣設(shè)備予以關(guān)斷。
[0030]更進(jìn)一步地，請參閱圖3，其為本發(fā)明基于Zigbee的安全繼電器氣體監(jiān)控系統(tǒng)中控制主機(jī)的電路結(jié)構(gòu)示意圖，其中，特別顯示了控制主機(jī)6中安全繼電器65的構(gòu)成。如圖3所示，控制主機(jī)6中安全繼電器65包括如下各部件:
[0031]供電電源，用于提供電源支持，在本實(shí)施例中，所述供電源可采用例如24V的直流電源。
[0032]控制單元，在本實(shí)施例中，所述控制單元還具有第一控制器和第二控制器，其中，所述第一控制器和所述第二控制器相互連接并組成一內(nèi)部雙通道。雙通道的作用是提高安全繼電器的冗余容錯(cuò)功能，即當(dāng)某一通道的輸入出現(xiàn)故障時(shí)，安全繼電器依然能夠正常輸出。
[0033]第一繼電器K5,與微處理器67連接。
[0034]第二繼電器K6，與被測的所述涉氣設(shè)備的總開關(guān)連接。
[0035]位于所述供電電源和第二繼電器K6之間的控制通道。
[0036]設(shè)在內(nèi)部雙通道上、與第一繼電器K5對應(yīng)的第一雙控開關(guān)SI。
[0037]設(shè)在所述控制通道上、與第二繼電器K6對應(yīng)的第一瞬時(shí)雙控開關(guān)K1、第二瞬時(shí)雙控開關(guān)K2、第一延時(shí)開關(guān)K3、以及第二延時(shí)開關(guān)K4，其中，第一瞬時(shí)雙控開關(guān)Kl與第二瞬時(shí)雙控開關(guān)K2串接在所述供電電源和第二繼電器K6之間構(gòu)成一路雙控制通道，第一延時(shí)開關(guān)K3和第二延時(shí)開關(guān)K4串接在所述供電電源和第二繼電器K6之間構(gòu)成另一路單控制通道，所述雙控制通道和所述單控制通道相互并聯(lián)。另外，第一瞬時(shí)雙控開關(guān)Kl和第一延時(shí)開關(guān)K3與所述第一控制器對應(yīng)，第二瞬時(shí)雙控開關(guān)K2和第二延時(shí)開關(guān)K4與所述第二控制器對應(yīng)，所述控制單元在第一雙控開關(guān)SI斷開后分別通過所述第一控制器和所述第二控制器控制第一瞬時(shí)雙控開關(guān)Kl和第二瞬時(shí)雙控開關(guān)K2瞬時(shí)斷開以及分別通過所述第一控制器和所述第二控制器控制第一延時(shí)開關(guān)K3和第二延時(shí)開關(guān)K4延時(shí)斷開。
[0038]如上所述，第一、第二延時(shí)開關(guān)K3、K4相對于第一、第二瞬時(shí)雙控開關(guān)K1、K2是延時(shí)斷開的，因此，在本發(fā)明中，還提供有實(shí)現(xiàn)延時(shí)功能的一延時(shí)單元Tl。延遲單元Tl與所述控制單元連接，用于設(shè)定第一、第二延時(shí)開關(guān)K3、K4相較于第一、第二瞬時(shí)雙控開關(guān)K1、K2的延遲時(shí)間t，延時(shí)的作用是防止被測設(shè)備突然斷電時(shí)產(chǎn)生的浪涌損壞安全繼電器，所述延遲時(shí)間t可根據(jù)安全繼電器65的電氣要求或所述涉氣設(shè)備的特性而自適應(yīng)調(diào)整，另外，在實(shí)際應(yīng)用中，延時(shí)單元TI可例如為一具有計(jì)時(shí)功能的控制設(shè)備，例如為電位器，在工作時(shí)，所述控制單元接收到第一雙控開關(guān)斷開的信號后，觸發(fā)與所述控制單元連接的延時(shí)單元Tl進(jìn)行計(jì)時(shí)，并在計(jì)時(shí)到達(dá)所預(yù)定的延時(shí)時(shí)間t后產(chǎn)生一觸發(fā)回饋信息至所述控制單元，由所述控制單元據(jù)此分別通過所述第一控制器和所述第二控制器控制第一延時(shí)開關(guān)K3和第二延時(shí)開關(guān)K4延時(shí)斷開。
[0039]再有，安全繼電器65還包括與所述控制單元連接的復(fù)位開關(guān)S2，復(fù)位開關(guān)S3在被觸發(fā)時(shí)向所述控制單元發(fā)送復(fù)位信號，以供所述控制單元根據(jù)所述復(fù)位信號控制第一瞬時(shí)雙控開關(guān)K1、第二瞬時(shí)雙控開關(guān)K2、第一延時(shí)開關(guān)K3、以及第二延時(shí)開關(guān)K4閉合，從而觸發(fā)第二繼電器K6開啟對應(yīng)的所述涉氣設(shè)備的總開關(guān)。
[0040]還有，安全繼電器65還可包括:設(shè)在所述控制單元兩端的內(nèi)部發(fā)光二極管D1，作為安全繼電器65的電源開關(guān)。第一、第二外部發(fā)光二極管D2、D3,分別位于第二瞬時(shí)雙控開關(guān)K2與第二繼電器K6之間兩路控制通道上，第三外部發(fā)光二極管D4位于第二延時(shí)開關(guān)K4與第二繼電器K6之間的單控制通道上。上述的第一、第二外部發(fā)光二極管D2、D3和第三外部發(fā)光二極管D4是用于檢測安全繼電器65的輸出狀態(tài)。更進(jìn)一步地，上述的第一、第二外部發(fā)光二極管D2、D3和第三外部發(fā)光二極管D4中的任一者還可分別串接一電阻。
[0041]針對圖3所示的安全繼電器65，其在實(shí)際應(yīng)用的中的工作原理大致如下:
[0042]初始狀態(tài)時(shí)，第一雙控開關(guān)SI處于閉合狀態(tài)，先按動一下復(fù)位開關(guān)S2 (復(fù)位開關(guān)S2先斷開后閉合,即先給安全繼電器65 —個(gè)復(fù)位信號),第一、第二瞬時(shí)雙控開關(guān)K1、K2和第一、第二延時(shí)開關(guān)Κ3、Κ4立刻閉合,受控的所述涉氣設(shè)備和安全繼電器處于正常工作狀態(tài)，所述涉氣設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)微處理器67接收到zigbee協(xié)調(diào)器4發(fā)送來的采集數(shù)據(jù)時(shí)，微處理器67進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，如在分析得到所述采集數(shù)據(jù)中氣體濃度超過預(yù)設(shè)的氣體濃度閾值時(shí)，觸發(fā)與之連接的第一繼電器Κ5，將第一雙控開關(guān)SI予以斷開，所述控制單元接收到第一雙控開關(guān)SI發(fā)生斷開的信號后對安全繼電器內(nèi)部的繼電器進(jìn)行操作，即分別通過所述第一控制器和所述第二控制器控制第一瞬時(shí)雙控開關(guān)Kl和第二瞬時(shí)雙控開關(guān)Κ2瞬時(shí)斷開以及結(jié)合延遲單元Tl再分別通過所述第一控制器和所述第二控制器控制第一延時(shí)開關(guān)Κ3和第二延時(shí)開關(guān)Κ4延時(shí)斷開，如此，觸發(fā)第二繼電器Κ6而使所述涉氣設(shè)備總開關(guān)斷開。后續(xù)，只有當(dāng)再次按下復(fù)位開關(guān)S2 (先斷后閉)時(shí)，安全繼電器和被控的所述涉氣設(shè)備才能正常工作。
[0043]以下從整體上對本發(fā)明基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)在一個(gè)具體應(yīng)用中的工作過程進(jìn)行詳細(xì)說明:由Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)2中的氣敏傳感器模塊21采集對應(yīng)的涉氣設(shè)備的氣體數(shù)據(jù)(例如氣體類型和氣體濃度等)，經(jīng)過處理送入控制處理器237，控制處理器237將所讀取的氣體數(shù)據(jù)以及氣敏傳感器模塊21對應(yīng)的所述涉氣設(shè)備的設(shè)備數(shù)據(jù)作為采集數(shù)據(jù)而通過收發(fā)天線233上傳至Zigbee協(xié)調(diào)器4，Zigbee協(xié)調(diào)器4將匯總的數(shù)據(jù)通過串口通信把采集數(shù)據(jù)發(fā)送給控制主機(jī)6，控制主機(jī)6中的微處理器67對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，如經(jīng)過分析處理得到若在分析得到有一個(gè)采集數(shù)據(jù)中的氣體數(shù)據(jù)的氣體濃度超過預(yù)設(shè)的針對該氣體類型的氣體濃度閾值時(shí)，即觸發(fā)故障報(bào)警器63進(jìn)行報(bào)警并把采集數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)存儲器61予以存儲，同時(shí)，微處理器67向安全繼電器65發(fā)送控制指令，令安全繼電器65立即觸發(fā)與發(fā)生氣體泄漏所對應(yīng)的涉氣設(shè)備的總開關(guān)24予以關(guān)斷，從而能夠及時(shí)防止氣體的再次泄漏。
[0044]需特別說明的是，使用氣敏傳感器模塊21采集氣體數(shù)據(jù)，如果對應(yīng)的涉氣設(shè)備沒有處在運(yùn)行狀態(tài)(即沒有進(jìn)行氣體的生產(chǎn)、運(yùn)輸工作)，可通過設(shè)置Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)2中的Zigbee終端模塊23而令氣敏傳感器模塊21不進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，使得Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)2只進(jìn)行低功耗的信號掃描，以保證Zigbee網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。
[0045]綜上所述，本發(fā)明提供的基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)，充分利用Zigbee的低功耗、組網(wǎng)方便、可擴(kuò)展性強(qiáng)、可靠性高的特點(diǎn)以及安全繼電器的自診斷和冗余容錯(cuò)功能，利用兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合對涉氣設(shè)備進(jìn)行安全可靠控制，具有壽命長、使用方便、高可靠性、高安全性等優(yōu)點(diǎn)，并且無需人為操作，可全方位監(jiān)控車間的氣體濃度，并在得到采集數(shù)據(jù)中氣體濃度超過預(yù)設(shè)的氣體濃度閾值時(shí)觸發(fā)報(bào)警并利用安全繼電器將與發(fā)生氣體泄漏所對應(yīng)的涉氣設(shè)備予以關(guān)斷，方便解決氣體在生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中的泄漏問題，提高工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的安全性。
[0046]上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括: Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)，對應(yīng)設(shè)置在工業(yè)生產(chǎn)所涉及的涉氣設(shè)備上、用于實(shí)時(shí)監(jiān)測所述涉氣設(shè)備的氣體濃度；所述Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)包括氣敏傳感器模塊和Zigbee終端模塊； Zigbee協(xié)調(diào)器,通過所述Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)中的Zigbee終端模塊而與所述Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)建立無線通信連接以匯總所述Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)上傳的采集數(shù)據(jù)； 與所述Zigbee協(xié)調(diào)器通信連接的控制主機(jī)，所述控制主機(jī)包括:用于存儲所述采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲器；故障報(bào)警器；安全繼電器；與所述數(shù)據(jù)存儲器、所述故障報(bào)警器以及所述故障報(bào)警器連接，用于對從所述Zigbee協(xié)調(diào)器接收到的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及作出相應(yīng)控制的微處理器；所述微處理器在分析得到所述采集數(shù)據(jù)中氣體濃度超過預(yù)設(shè)的氣體濃度閾值時(shí)觸發(fā)所述故障報(bào)警器予以報(bào)警并控制所述安全繼電器將與發(fā)生氣體泄漏所對應(yīng)的涉氣設(shè)備予以關(guān)斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述采集數(shù)據(jù)包括所述Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)采集的氣體數(shù)據(jù)和與所述Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的所述涉氣設(shè)備的設(shè)備數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述Zigbee終端模塊包括: 供電電源； 收發(fā)天線； 存儲模塊，與所述氣敏傳感器模塊連接、用于存儲所述采集數(shù)據(jù)； 控制處理器，與所述氣敏傳感器模塊、所述數(shù)據(jù)存儲模塊、以及所述收發(fā)天線連接，用于控制所述氣敏傳感器模塊向所述涉氣設(shè)備采集氣體數(shù)據(jù)及調(diào)用所述存儲模塊中的采集數(shù)據(jù)以通過所述收發(fā)天線予以上傳。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述Zigbee協(xié)調(diào)器匯總所述Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)上傳的采集數(shù)據(jù)，包括:所述Zigbee協(xié)調(diào)器以廣播方式獲取無線通信連接的所述Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的采集數(shù)據(jù)，將獲取的所述采集數(shù)據(jù)加入消息隊(duì)列，從所述消息隊(duì)列中讀出所述采集數(shù)據(jù)并將其封裝成數(shù)據(jù)包，并將所述數(shù)據(jù)包上傳至所述控制主機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述Zigbee無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)與所述Zigbee協(xié)調(diào)器之間的組網(wǎng)方式包括星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述安全繼電器包括: 供電電源； 控制單元，所述控制單元還具有第一控制器、第二控制器以及用于連接所述第一控制器和所述第二控制器的內(nèi)部雙通道； 與所述微處理器連接的第一繼電器和與被測的所述涉氣設(shè)備的總開關(guān)連接的第二繼電器； 位于所述供電電源和所述第二繼電器之間的控制通道； 設(shè)在所述內(nèi)部雙通道上、與所述第一繼電器對應(yīng)的第一雙控開關(guān)，所述第一繼電器在所述微處理器分析得到所述采集數(shù)據(jù)中氣體濃度超過預(yù)設(shè)的氣體濃度閾值時(shí)控制所述第一雙控開關(guān)斷開； 設(shè)在所述控制通道上、與所述第二繼電器對應(yīng)的第一瞬時(shí)雙控開關(guān)、第二瞬時(shí)雙控開關(guān)、第一延時(shí)開關(guān)、以及第二延時(shí)開關(guān)，其中，所述第一瞬時(shí)雙控開關(guān)與所述第二瞬時(shí)雙控開關(guān)串接在所述供電電源和所述第二繼電器之間，所述第一延時(shí)開關(guān)和所述第二延時(shí)開關(guān)串接在所述供電電源和所述第二繼電器之間，所述第一瞬時(shí)雙控開關(guān)和所述第一延時(shí)開關(guān)與所述第一控制器對應(yīng)，所述第二瞬時(shí)雙控開關(guān)和所述第二延時(shí)開關(guān)與所述第二控制器對應(yīng)，所述控制單元在所述第一雙控開關(guān)斷開后分別通過所述第一控制器和所述第二控制器控制所述第一瞬時(shí)雙控開關(guān)和所述第二瞬時(shí)雙控開關(guān)瞬時(shí)斷開以及分別通過所述第一控制器和所述第二控制器控制所述第一延時(shí)開關(guān)和所述第二延時(shí)開關(guān)延時(shí)斷開，從而觸發(fā)所述第二繼電器關(guān)斷對應(yīng)的所述涉氣設(shè)備的總開關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述安全繼電器還包括與所述控制單元連接的延遲單元，用于設(shè)定所述第一延時(shí)開關(guān)和所述第二延時(shí)開關(guān)相較于所述第一瞬時(shí)雙控開關(guān)和所述第二瞬時(shí)雙控開關(guān)的延遲時(shí)間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述安全繼電器還包括與所述控制單元連接的復(fù)位開關(guān)，所述復(fù)位開關(guān)在被觸發(fā)時(shí)向所述控制單元發(fā)送復(fù)位信號，以供所述控制單元根據(jù)所述復(fù)位信號控制第一瞬時(shí)雙控開關(guān)、第二瞬時(shí)雙控開關(guān)、第一延時(shí)開關(guān)、以及第二延時(shí)開關(guān)閉合，從而觸發(fā)所述第二繼電器開啟對應(yīng)的所述涉氣設(shè)備的總開關(guān)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述安全繼電器還包括: 設(shè)在所述控制單元兩端的內(nèi)部發(fā)光二極管，作為所述安全繼電器的電源開關(guān)； 分別位于所述第二瞬時(shí)雙控開關(guān)與所述第二繼電器之間的一路雙控制通道上的第一外部發(fā)光二極管、第二外部發(fā)光二極管以及位于所述第二延時(shí)開關(guān)與所述第二繼電器之間的另一路單控制通道上的第三外部發(fā)光二極管，用于檢測所述安全繼電器的輸出狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述涉氣設(shè)備包括:產(chǎn)生氣體的氣體產(chǎn)生設(shè)備、運(yùn)輸氣體的氣體運(yùn)輸設(shè)備、和/或利用氣體的用氣設(shè)備。
【文檔編號】G05B19/418GK104238475SQ201310242541
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月18日
【發(fā)明者】金鋒, 原燚, 沈宇懷, 徐子龍 申請人:上海辰竹儀表有限公司