專(zhuān)利名稱(chēng)：基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的氫泄漏智能檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到氫能源泄漏檢測(cè)領(lǐng)域，特指一種基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的氫泄漏智能 檢測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在未來(lái)的數(shù)十年，氫作為新興的能源載體將在世界能源領(lǐng)域扮演重要角色，廣泛應(yīng) 用于航空航天動(dòng)力、交通運(yùn)輸、化工生產(chǎn)等領(lǐng)域。然而，氫是穿透性極強(qiáng)的氣體，特別 容易泄漏?？茖W(xué)家估計(jì)，在生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和分銷(xiāo)全過(guò)程中氫的泄漏將達(dá)到氫總量的 10 20%。由于氫/空氣混合物燃燒體積比范圍大，著火能低，容易爆炸，故而，隨著氫 項(xiàng)目開(kāi)發(fā)和氫經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，氫泄漏檢測(cè)問(wèn)題必然會(huì)受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注、急需安全可 靠，布線成本低、易于安裝的氫泄露檢測(cè)手段。
現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)在氫敏檢測(cè)的信號(hào)傳輸都使用基于總線傳輸?shù)姆绞?，雖然這一方式具 有信息可靠性較高的優(yōu)點(diǎn)，但由于一般氫存儲(chǔ)和傳輸?shù)沫h(huán)境范圍都比較大且易泄漏處較 多，這就給有線的通信方式在布線上造成了困難，且基于有線的方式在系統(tǒng)擴(kuò)展上有較 大困難，在很多場(chǎng)合甚至是不可能的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題就在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種體積 小、成本低廉、安裝方便、抗干擾能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、安全性高的基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò) 的氫泄漏智能檢測(cè)系統(tǒng)。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的解決方案為 一種基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的氫泄漏 智能檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于它包括氫敏探頭模塊、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)模塊以及信號(hào)分析處 理模塊，氫敏探頭模塊、通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)模塊與信號(hào)分析處理模塊相連，氫敏探頭模 塊在完成標(biāo)定后對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行濾波和調(diào)理，由無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)模塊對(duì)模擬數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行 采集和轉(zhuǎn)換，并根據(jù)標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行處理，根據(jù)處理結(jié)果做出判斷，并將處理結(jié)果通過(guò)無(wú) 線的方式傳輸至信息分析處理模塊。
所述氫敏探頭模塊包括氫敏元件、加熱電路單元、調(diào)理電路單元、電源調(diào)理模塊和 電連接器，用來(lái)對(duì)氫敏元件加熱的加熱電路單元與調(diào)理電路單元相連，通過(guò)電連接器接 入的電源經(jīng)電源調(diào)理模塊后為各部件供電。
所述調(diào)理電路單元包括激勵(lì)電路單元、抗混疊濾波單元和阻抗變換電路，三個(gè)部分 按照前后順序串聯(lián)連接。激勵(lì)電路單元激發(fā)氫敏元件的化學(xué)信號(hào)，把氫敏元件的化學(xué)信 號(hào)轉(zhuǎn)成電信號(hào)，抗混疊濾波單元對(duì)激勵(lì)電路單元輸出的電信號(hào)進(jìn)行濾波，削弱高頻信號(hào)。 阻抗變換電路與抗混疊濾波單元串聯(lián)，通過(guò)提高抗混疊濾波單元的輸出阻抗來(lái)提高系統(tǒng) 的帶負(fù)載能力。
所述無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)模塊采用CC2430無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，CC2430無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)包括AD轉(zhuǎn)換模塊、處理器模塊、射頻通信模塊、存儲(chǔ)器模塊、電源模塊以及接口 模塊，用來(lái)與氫敏探頭模塊相連的接口模塊通過(guò)AD轉(zhuǎn)換模塊或直接與處理器模塊的輸 入端相連，處理器模塊用來(lái)完成系統(tǒng)組網(wǎng)協(xié)議并對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理，該處理器模塊的 輸出端通過(guò)射頻通信模塊將處理后的數(shù)據(jù)以無(wú)線方式輸出至匯聚中心，然后傳輸至信號(hào) 分析處理模塊。用來(lái)存儲(chǔ)程序和相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器模塊與處理器模塊相連，電源模塊為 上述各部件供電。
所述氫敏探頭模塊裝設(shè)于一外殼中，該外殼包括殼體、緊定螺旋體和轉(zhuǎn)接頭，轉(zhuǎn)接 頭與殼體的一端相連，緊定螺旋體套設(shè)于殼體的另一端內(nèi)并與殼體之間形成軸肩，氫敏 探頭模塊的電路板固定于軸肩上。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)就在于
1、 本發(fā)明基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的氫泄漏智能檢測(cè)系統(tǒng)， 一來(lái)通過(guò)設(shè)計(jì)了完整的氫泄漏 檢測(cè)探頭，檢測(cè)范圍寬，抗干擾能力強(qiáng)，不易中毒，恢復(fù)時(shí)間短，響應(yīng)速度快；二來(lái)設(shè) 計(jì)了一種通用的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，造價(jià)低，體積小，功能強(qiáng)，安裝方便；三來(lái)實(shí)現(xiàn) 了氫泄漏檢測(cè)探頭與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的有機(jī)結(jié)合，具備分布式處理和集中監(jiān)控的能力。 該檢測(cè)裝置可以應(yīng)用于氫生產(chǎn)、運(yùn)輸、存儲(chǔ)和使用的各個(gè)環(huán)節(jié)。在災(zāi)難發(fā)生前，可以對(duì) 泄漏進(jìn)行及時(shí)預(yù)警，在災(zāi)難發(fā)生時(shí)可以及時(shí)對(duì)事故點(diǎn)進(jìn)行定位，縮短了維修時(shí)間，減少 了維護(hù)費(fèi)用，提高安全性能，降低事故的損失。
2、 本發(fā)明基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的氫泄漏智能檢測(cè)系統(tǒng)，將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于氫氣 存儲(chǔ)和傳輸環(huán)境，避免了有線傳輸可能遇到的布線困難等問(wèn)題，而且?guī)щ娍臻g的減少可 以降低安全風(fēng)險(xiǎn)，減小電火花引起災(zāi)難性后果的幾率。
3、 本發(fā)明基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的氫泄漏智能檢測(cè)系統(tǒng)，用恒定直流電壓加熱傳感器至 較高溫度，因此，探頭響應(yīng)速度快。使用參考電壓芯片給信號(hào)回路供電，隔離了外部電 源和加熱電路噪聲對(duì)氫敏信號(hào)的影響，輸出信噪比高。輸出范圍為0-3.3V，便于便攜式 節(jié)能設(shè)備的采集處理。選擇恰當(dāng)?shù)恼{(diào)理電路關(guān)鍵原件參數(shù)，提高了探頭的靈敏度。電路使用表貼元件和印刷電路板，便于大規(guī)模生產(chǎn)。使用軸肩安裝固定電路板，金屬部件間 使用螺紋連接，檢測(cè)探頭和外部電源間用航空標(biāo)準(zhǔn)件做電連接器，既提高了探頭的安全 性和抗振動(dòng)能力，又便于探頭無(wú)工具組裝和模塊更換。
4、 本發(fā)明基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的氫泄漏智能檢測(cè)系統(tǒng)，節(jié)點(diǎn)的處理器具有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行 預(yù)先處理的能力，使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)形成一個(gè)分布式處理系統(tǒng)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的運(yùn)算處理能力。
5、 本發(fā)明基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的氫泄漏智能檢測(cè)系統(tǒng)，可重復(fù)使用的充電供電設(shè)備可 以使系統(tǒng)的壽命大幅度延長(zhǎng)，符合可持續(xù)發(fā)展和綠色環(huán)保的要求。
6、 本發(fā)明基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的氫泄漏智能檢測(cè)系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者、路由器和末端裝 置硬件設(shè)置相同，統(tǒng)一性強(qiáng)，便于替換和開(kāi)發(fā)維護(hù)。
7、 本發(fā)明基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的氫泄漏智能檢測(cè)系統(tǒng)，傳感器網(wǎng)絡(luò)成本低、高冗余的 設(shè)計(jì)原則為整個(gè)系統(tǒng)提供了較強(qiáng)的容錯(cuò)能力，傳感器節(jié)點(diǎn)與探測(cè)目標(biāo)的近距離接觸大大 消除了環(huán)境噪聲對(duì)系統(tǒng)性能的影響，自組織網(wǎng)絡(luò)，可提高測(cè)量和信息獲取的可靠性，動(dòng) 態(tài)可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，降低維修費(fèi)用和人工干預(yù)。


圖1是本發(fā)明的框架結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明的工作流程示意圖3是本發(fā)明中加熱電路單元的電路原理示意圖4是本發(fā)明中激勵(lì)電路單元的電路原理示意圖5是本發(fā)明中探頭輸出/輸入的標(biāo)定曲線示意圖6是本發(fā)明中探頭實(shí)際測(cè)量100ppm氫氣的曲線示意圖7是本發(fā)明中抗混疊濾波單元和阻抗變換電路的電路原理示意圖8是本發(fā)明中信號(hào)調(diào)理回路電源模塊的電路原理示意圖9是本發(fā)明中電連接器的結(jié)構(gòu)示意圖IO是本發(fā)明中外殼的結(jié)構(gòu)示意圖11是本發(fā)明中無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)模塊節(jié)點(diǎn)的框架結(jié)構(gòu)示意圖12是無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)模塊節(jié)點(diǎn)中節(jié)點(diǎn)接口模塊的電路原理示意圖13是無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)模塊節(jié)點(diǎn)中天線和阻抗匹配電路的電路原理示意圖14是可重復(fù)使用的充電供電電路示意圖15是CC2430及其外圍電路的電路原理示意圖16是本發(fā)明無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)支持的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖17是本發(fā)明中無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自組織網(wǎng)絡(luò)流程示意圖。
圖例說(shuō)明
1、氫敏探頭模塊
2、加熱電路單元
14、電源調(diào)理模塊
131、激勵(lì)電路單元
133、阻抗變換電路
21、 CC2430芯片
212、處理器模塊
214、存儲(chǔ)器模塊
23、電源模塊
25、匯聚中心
4、外殼
42、緊定螺旋體
44、軸肩
具體實(shí)施例方式
以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
如圖1和圖2所示，本發(fā)明基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的氫泄漏智能檢測(cè)系統(tǒng)，它包括氫敏 探頭模塊l、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)模塊2以及信號(hào)分析處理模塊3，氫敏探頭模塊l、通過(guò)無(wú)線 通信網(wǎng)絡(luò)模塊2與信號(hào)分析處理模塊3相連，氫敏探頭模塊1在完成標(biāo)定后對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào) 進(jìn)行濾波和調(diào)理，由無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)模塊2對(duì)模擬數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行采集和轉(zhuǎn)換，并根據(jù)標(biāo)定 結(jié)果進(jìn)行處理，根據(jù)處理結(jié)果做出判斷，并將處理結(jié)果通過(guò)無(wú)線的方式傳輸至匯聚中心 25，然后傳輸至信息分析處理模塊3。信息分析處理模塊3將匯聚中心25傳輸過(guò)來(lái)的數(shù) 據(jù)進(jìn)行分類(lèi)處理，以便于對(duì)網(wǎng)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和分析；另外，該信息 分析處理模塊3也提供一個(gè)人機(jī)接口 ，可以根據(jù)需要將控制命令通過(guò)匯聚中心25回傳給 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)。
本實(shí)施例中，氫敏探頭模塊1包括氫敏元件11、加熱電路單元12、調(diào)理電路單元13、 電源調(diào)理模塊14和電連接器15，用來(lái)對(duì)氫敏元件11加熱的加熱電路單元12與調(diào)理電路 單元13相連，通過(guò)電連接器15接入的電源經(jīng)電源調(diào)理模塊14后為各部件供電。為縮短 反應(yīng)時(shí)間，降低系統(tǒng)成本，本實(shí)施例中，氫敏元件11采用FIGARO公司的TGS系列氫敏
傳感器，該傳感器的檢測(cè)范圍為100-5000卯m，不易中毒，可重復(fù)性好。參見(jiàn)圖3所示， 調(diào)理電路單元13的加熱回路直接使用外部電源供電，這樣做既滿足了傳感器加熱功率的 要求，同時(shí)便于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)從外部控制氫泄漏檢測(cè)探頭的加熱方式。本實(shí)施例 中，激勵(lì)電路單元131、抗混疊濾波單元132和阻抗變換電路133三個(gè)部分按照按照前后 順序串聯(lián)連接。
如圖4所示，激勵(lì)電路單元131中傳感器敏感元件與負(fù)載電阻R,用分壓方式連接， 輸出與輸入的關(guān)系為<formula>see original document page 8</formula> (1)
圖5描述了探頭輸出/輸入的標(biāo)定曲線。傳感器的靈敏度為
<formula>see original document page 8</formula> (2)
式中A和a是與傳感器有關(guān)的正常數(shù)，V咖表示電壓芯片的輸出電壓，R表示分壓電 阻，c表示待測(cè)氣體濃度。根據(jù)式(2)和電阻產(chǎn)品的實(shí)際情況，選擇&的阻值為1KQ，使 得探頭的靈敏度最大化。
圖6是探頭實(shí)際測(cè)量100ppm氫氣的曲線，從圖可以看出，輸出變化速度為20mV/s。
如圖7所示，為本實(shí)施例中的抗混疊濾波單元132和阻抗變換電路133，鑒于被測(cè)信 號(hào)一般情況下低頻變化，考慮節(jié)能的需要，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采集頻率設(shè)定在100Hz 以下，為了防止頻率混疊和消除高頻沖擊噪聲，在調(diào)理電路中設(shè)計(jì)了抗混疊濾波器。同 時(shí)，為提高傳感探頭的輸出性能，接入一級(jí)跟隨器電路用降低輸出阻抗。阻抗變換電路 減小了節(jié)點(diǎn)AD模塊對(duì)電路的負(fù)載效應(yīng)，從而給AD模塊的選型提供了更多的靈活性。
如圖8所示，本實(shí)施例中，電源調(diào)理模塊14包括兩個(gè)部分，(l)信號(hào)調(diào)理回路電源 模塊，信號(hào)調(diào)理回路使用ADI公司集成穩(wěn)壓芯片REF196作為供電電源，該電源芯片輸出 最大絕對(duì)誤差僅2mV。芯片的1#、 5#引腳為保留引腳，用戶不需要連接。2#引腳為電源 輸入端，3#引腳為芯片工作狀態(tài)控制端子，當(dāng)接入高電平時(shí)，芯片正常工作，接入低電 平時(shí)，芯片進(jìn)入休眠模式。4弁引腳為地線端子。6#引腳為參考電壓輸出端。接C2、 C3、 C4、 C6為濾波電容。(2)加熱電源模塊，采樣標(biāo)準(zhǔn)電源模塊，輸入為170 264VAC,輸 出為5V，相對(duì)誤差±2%。
如圖9所示，本實(shí)施例中，供電電源與探頭之間的連接使用4芯航空標(biāo)準(zhǔn)電連接器 15,分別定義為電源、地線、休眠和信號(hào)。降低了外部耦合的電磁干擾，同時(shí)減小了氫泄漏檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)氫應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾。
如圖1O所示，氫敏探頭模塊1裝設(shè)于一外殼4中，該外殼4包括殼體41、緊定螺旋體42和轉(zhuǎn)接頭43，轉(zhuǎn)接頭43與殼體41的一端相連，緊定螺旋體42套設(shè)于殼體41的另一端內(nèi)并與殼體41之間形成軸肩44,氫敏探頭模塊l的電路板固定于軸肩44上。因此， 不需要任何工具就可以固定電路板。軸肩44處設(shè)有橡膠圈，不僅隔離了金屬外殼對(duì)電路的影響，而且緩沖了外殼4振動(dòng)給電路板的影響。為提高探頭的安全性和電磁兼容性能， 探頭的外殼4使用了不銹鋼材料，探頭外殼4為圓柱狀，減小了探頭的體積。三個(gè)部件 之間均用螺紋連接，不需要任何工具即可以組裝，其中轉(zhuǎn)接頭在標(biāo)定時(shí)使用。
如圖11所示，本實(shí)施例中，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)模塊2采用基于CC2430芯片的無(wú)線傳感 器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，CC2430無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括AD轉(zhuǎn)換模塊211、處理器模塊212、射頻 通信模塊213、存儲(chǔ)器模塊214、電源模塊23以及接口模塊22， AD轉(zhuǎn)換模塊211主要用 來(lái)完成氫敏探頭模擬信號(hào)輸出到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，用來(lái)與氫敏探頭模塊1相連的接口模 塊22通過(guò)AD轉(zhuǎn)換模塊211或直接與處理器模塊212的輸入端相連，處理器模塊212用 來(lái)完成系統(tǒng)組網(wǎng)協(xié)議并對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理，該處理器模塊212的輸出端通過(guò)射頻通信 模塊213將處理后的數(shù)據(jù)輸出，用來(lái)存儲(chǔ)程序和相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器模塊214與處理器模 塊212相連，電源模塊23為上述各部件供電。其中，接口模塊22實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)其它設(shè)備的 通訊接口。其中AD轉(zhuǎn)換模塊211、處理器模塊212、射頻通信模塊213、存儲(chǔ)器模塊214 幾個(gè)部分都集成在了 CC2430芯片21內(nèi)部，根據(jù)環(huán)境需求選擇了必要的濾波，天線匹配 24等電路，使用2. 4GHz通信專(zhuān)用全向天線。CC2430芯片21是TI (chipcon)公司生產(chǎn)的 首款符合ZigBee技術(shù)的2.4GHz射頻系統(tǒng)單芯片。適用于各種無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，包括 調(diào)諧器、路由器和終端設(shè)備。它具有CC2420的RF接收器以及增強(qiáng)性能的8051 MCU、 8kB 的RAM以及多至128kB的Flash等，另外還具備直接存儲(chǔ)器定址(DMA)功能、可編程看門(mén) 狗定時(shí)器、AES-128安全協(xié)處理器、以及多達(dá)8輸入的8-14位ADC、 USART、睡眠模式定 時(shí)、上電復(fù)位、高級(jí)欠壓探測(cè)、21個(gè)可編程I/O管腳等，兩個(gè)可編程的USART用于主/ 從SPI或UART操作。由于集成度極高，外圍電路簡(jiǎn)單，節(jié)點(diǎn)體積小，便于安裝以及放置。 具體的硬件設(shè)計(jì)中主要包括節(jié)點(diǎn)接口部分，天線以及阻抗匹配部分，充電供電部分以及 CC2430及其外圍電路部分。
如圖12接口模塊提供對(duì)氫敏探頭的接口，最多可提供8路的模擬信號(hào)輸入；處理器的數(shù)字IO接口的連接可用于功能擴(kuò)展；同時(shí)也提供了仿真器的連接，以便于分析操作更 改節(jié)點(diǎn)操作和功能。
圖13所示，天線和阻抗匹配電路部分由電阻和電容以及電感組成，提供精確的50ohm
阻抗匹配，滿足CC2430在2.4 GHz頻率下的射頻通信的要求。
如圖14所示，該電路為整個(gè)節(jié)點(diǎn)提供能量，同時(shí)，考慮到可回收、可持續(xù)使用的原 則，設(shè)計(jì)了再使用的充電系統(tǒng)，在充電和供電時(shí)將系統(tǒng)有效隔離，最大限度的減少對(duì)環(huán) 境造成的影響。
如圖15所示，通過(guò)CC2430的19腳和21腳為其提供32MHz的高頻晶振，同時(shí)通過(guò) 44腳和42腳提供32. 768K的低頻協(xié)振蕩器，以滿足節(jié)點(diǎn)高速運(yùn)行時(shí)的系統(tǒng)需求同時(shí)為節(jié) 點(diǎn)休眠時(shí)提供低頻時(shí)鐘信號(hào)以降低系統(tǒng)能量消耗，延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)工作壽命，并通過(guò)10提供一 個(gè)手動(dòng)按鍵復(fù)位功能，在特殊情況下使節(jié)點(diǎn)強(qiáng)制性的重新啟動(dòng)再次進(jìn)入工作流程。32腳 和34腳通過(guò)天線阻抗匹配模塊與外接天線連接，以接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。PO 口為模擬信號(hào)輸 入端口，與接口模塊相連通。
如圖16所示，網(wǎng)絡(luò)以ZigBee協(xié)議為基礎(chǔ)，并對(duì)該協(xié)議根據(jù)需要進(jìn)行了精簡(jiǎn)，以減 少系統(tǒng)維護(hù)并降低節(jié)點(diǎn)性能需求。在網(wǎng)絡(luò)中，定義了 3種角色第一個(gè)是網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者 (Coordinator),負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的建立，以及網(wǎng)絡(luò)位置的分配；第二個(gè)是路由器(Router)，主 要負(fù)責(zé)找尋、建立以及修復(fù)信息包的路由路徑，并負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)送信息包；第三個(gè)是末端裝置 (RFD)，只能選擇加入他人已經(jīng)形成的網(wǎng)絡(luò)，可以收發(fā)信息，但不能轉(zhuǎn)發(fā)信息，不具備路 由功能。下圖為其支持的一個(gè)典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該網(wǎng)絡(luò)支持網(wǎng)狀及串狀結(jié)構(gòu)，在一區(qū)域內(nèi) 最多可以支持65536個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)；支持多跳傳輸，這樣的構(gòu)架，不僅僅是對(duì)傳輸距離 的擴(kuò)展，也可以在部分節(jié)點(diǎn)失效的情況下最大限度的維持系統(tǒng)的運(yùn)行，提高整體穩(wěn)定性； 同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)還具有傳輸方向性強(qiáng)的特點(diǎn)，便于數(shù)據(jù)集中管理。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有自組 織網(wǎng)絡(luò)的能力，當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)路由不通暢時(shí)，會(huì)自動(dòng)尋找合適路由重新組織網(wǎng)絡(luò)，最大限 度的延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命，且網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢愿鶕?jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的變換。
如圖17所示，節(jié)點(diǎn)在完成初始化動(dòng)作以后，尋找路由，加入網(wǎng)絡(luò)，然后將采集的數(shù) 據(jù)在進(jìn)行處理后發(fā)送出去；若路由不暢通，重新搜索路由加入網(wǎng)絡(luò)重復(fù)此過(guò)程。
工作流程
(1)、探頭標(biāo)定
探頭標(biāo)定是探頭使用前重要的準(zhǔn)備工作。標(biāo)定的過(guò)程是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)傳遞的過(guò)程，經(jīng)過(guò)標(biāo) 定的探頭才可以正確表示待測(cè)氣體濃度。標(biāo)定的步驟如下-
① 使用N2吹掃探頭；
② 傳感探頭預(yù)熱15分鐘以上；
③ 向探頭中沖入標(biāo)準(zhǔn)氣體；
測(cè)量探頭的輸出信號(hào)，直至穩(wěn)定；
⑤記錄標(biāo)準(zhǔn)氣的濃度和探頭輸出穩(wěn)定值。
(2)、信號(hào)處理
CC2430芯片內(nèi)集成了一個(gè)增強(qiáng)型的51核，在完成組網(wǎng)后可以對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng) 的處理，使每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有了分布式處理的功能，同時(shí)，匯聚中心會(huì)將所有接受到的數(shù) 據(jù)傳輸至信號(hào)分析處理模塊3 (PC機(jī))以做進(jìn)一步的處理。
在上述的探頭標(biāo)定完成以后，將標(biāo)定后的相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入與之接口的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點(diǎn)，利用節(jié)點(diǎn)板載處理器對(duì)探頭采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，以減少數(shù) 據(jù)傳輸量，降低能耗。
權(quán)利要求
1、一種基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的氫泄漏智能檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于它包括氫敏探頭模塊(1)、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)模塊(2)以及信號(hào)分析處理模塊(3)，氫敏探頭模塊(1)、通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)模塊(2)與信號(hào)分析處理模塊(3)相連，氫敏探頭模塊(1)在完成標(biāo)定后對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行濾波和調(diào)理，由無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)模塊(2)對(duì)模擬數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行采集和轉(zhuǎn)換，并根據(jù)標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行處理，根據(jù)處理結(jié)果做出判斷，并將處理結(jié)果通過(guò)無(wú)線的方式傳輸至匯聚中心(25)，然后傳輸至信息分析處理模塊(3)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的氫泄漏智能檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于 所述氫敏探頭模塊(1)包括氫敏元件(11)、加熱電路單元(12)、激勵(lì)電路單元(13)、 電源調(diào)理模塊(14)和電連接器(15)，用來(lái)對(duì)氫敏元件(11)加熱的加熱電路單元(12) 與調(diào)理電路單元(13)相連，通過(guò)電連接器(15)接入的電源經(jīng)電源調(diào)理模塊(14)后 為各部件供電。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的氫泄漏智能檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于 所述調(diào)理電路單元(13)包括激勵(lì)電路單元(131)、抗混疊濾波單元(132)和阻抗變換 電路(133)，激勵(lì)電路單元(131)、抗混疊濾波單元(132)和阻抗變換電路(133)三 個(gè)部分按照前后順序串聯(lián)連接，激勵(lì)電路單元(131)激發(fā)氫敏元件(11)的化學(xué)信號(hào)， 把氫敏元件(11)的化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)成電信號(hào)，抗混疊濾波單元(132)對(duì)激勵(lì)電路單元(131) 輸出的電信號(hào)進(jìn)行濾波，削弱高頻信號(hào)，阻抗變換電路(133)與抗混疊濾波單元(132) 串聯(lián)，通過(guò)提高抗混疊濾波單元(132)的輸出阻抗來(lái)提高系統(tǒng)的帶負(fù)載能力。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的氫泄漏智能檢測(cè)系統(tǒng)，其特 征在于所述無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)模塊(2)采用CC2430無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，CC2430無(wú)線 傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括CC2430芯片(21)、接口模塊(22)、電源模塊(23)、天線匹配模 塊(24)組成。其中CC2430芯片(21)內(nèi)部集成AD轉(zhuǎn)換模塊(211 )、處理器模塊(212)、 射頻通信模塊(213)以及存儲(chǔ)器模塊(214)。用來(lái)與氫敏探頭模塊(1)相連的接口模 塊(22)通過(guò)AD模塊(2U)轉(zhuǎn)換后與處理器模塊(212)相連，處理器模塊(212)用 來(lái)完成系統(tǒng)組網(wǎng)協(xié)議并^"數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理，該處理器模塊(212)的輸出端通過(guò)射頻通 信模塊(213)將處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)天線匹配模塊(24)以無(wú)線的方式輸出至匯聚中心(25)， 然后傳輸至信號(hào)分析處理模塊(3)，用來(lái)存儲(chǔ)程序和相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器模塊(214)與處 理器模塊(212)相連，電源模塊(23)為上述各部件供電。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的氫泄漏智能檢測(cè)系統(tǒng)，其特 征在于所述氫敏探頭模塊(1)裝設(shè)于一外殼(4)中，該外殼(4)包括殼體(41)、 緊定螺旋體(42)和轉(zhuǎn)接頭(43)，轉(zhuǎn)接頭(43)與殼體(41)的一端相連，緊定螺旋體(42)套設(shè)于殼體(41)的另一端內(nèi)并與殼體(41)之間形成軸肩(44)，氫敏探頭模塊 (1)的電路板固定于軸肩(44)上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的氫泄漏智能檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于 所述氫敏探頭模塊(1)裝設(shè)于一外殼(4)中，該外殼(4)包括殼體(41)、緊定螺旋 體(42)和轉(zhuǎn)接頭(43)，轉(zhuǎn)接頭(43)與殼體(41)的一端相連，緊定螺旋體(42)套 設(shè)于殼體(41)的另一端內(nèi)并與殼體(41)之間形成軸肩(44)，氫敏探頭模塊(1)的 電路板固定于軸肩(44)上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的氫泄漏智能檢測(cè)系統(tǒng)，它包括氫敏探頭模塊、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)模塊以及信號(hào)分析處理模塊，氫敏探頭模塊、通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)模塊與信號(hào)分析處理模塊相連，氫敏探頭模塊在完成標(biāo)定后對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行濾波和調(diào)理，由無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)模塊對(duì)模擬數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行采集和轉(zhuǎn)換，并根據(jù)標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行處理，根據(jù)處理結(jié)果做出判斷，并將處理結(jié)果通過(guò)無(wú)線的方式傳輸至匯聚中心，然后傳輸至信息分析處理模塊。本發(fā)明是一種體積小、成本低廉、安裝方便、抗干擾能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、安全性高的基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的氫泄漏智能檢測(cè)系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G08C17/00GK101174355SQ20071003609
公開(kāi)日2008年5月7日 申請(qǐng)日期2007年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月9日
發(fā)明者磊 李, 秦國(guó)軍, 胡蔦慶, 鎧 陳, 顧環(huán)云, 馬媛媛 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)