一種對一氧化碳氣體進行監控報警的系統、裝置及方法
2023-10-10 06:22:14
專利名稱：一種對一氧化碳氣體進行監控報警的系統、裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種氣體監測報警技術領域，尤其涉及一種對一氧化碳氣體進行監控報警的方法、裝置及系統。
背景技術：
隨著通信技術、嵌入式計算技術以及傳感器技術的飛速發展和日益成熟，具有感知能力、計算能力和通信能力的無線傳感器網絡作為信息技術研發的一個重要方向，逐漸成為計算機科學研究中最具活力的領域，具有廣闊的應用前 景。無線傳感器網絡綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、分布式信息處理技術和通信技術，能夠協作地實時監測、感知和採集網絡分布區域內的各種環境或監測對象的信息，並對這些信息進行處理，獲得詳盡而準確的信息，傳送到需要這些信息的用戶。無線傳感器網絡可以使人們在任何時間、地點和任何環境條件下獲取大量詳實而可靠的信息，因此這種網絡系統可被廣泛應用於國防軍事、國家安全、環境監測、交通管理、醫療衛生、製造業、反恐抗災等領域。由於無線傳感器網絡的巨大應用價值，它已經引起了世界許多國家的軍事部門、工業界和學術界的極大關注。美國英特爾公司、美國微軟公司等信息工業界巨頭也開始了傳感器網絡方面的工作，紛紛設立或啟動相應的行動計劃。日本、英國、義大利、巴西等國家也對傳感器網絡表現出了極大的興趣，紛紛展開了該領域的研究工作。傳感器網絡是信息感知和採集的一場革命。可以預見，在不久的將來，無線傳感器網絡將改變人與自然界的交互方式，給我們的生活方式帶來革命性的變化。因此，無線傳感器網絡被認為是21世紀最重要的技術之一。具體而言，無線傳感器網絡是指由大量傳感器節點採用無線通信方式組成的信息傳播網絡，目的是協作地感知、採集和處理網絡覆蓋的地理區域中感知對象的信息，並發布給觀察者。無線傳感器網絡分布式處理的特點帶來的監測高精度、高容錯性、大覆蓋區域、可遠程監控、可快速構建、部署方便等眾多優點，不易受到目標環境的限制，特別適合布置在電源供給困難的區域或人員不易到達(環境惡劣地區、敵軍陣地等)的區域，這些優點使其能廣泛用於軍事、環境、醫療保健、空間探索及各種商業應用。無線傳感器網絡是一種特殊的Adhoc網絡，其節點既是信息包的發起者，也是信息包的轉發者。節點以Adhoc方式將數據向網關發送，再與外部網絡通信，如Internet、衛星或移動通信網絡等等。節點間以AdHoc方式進行通信，每個節點都可以充當路由器的角色，並且每個節點都具備動態搜索、定位和恢復連接的能力。目前，隨著城市化進程的加速，越來越多的人開始進入城市，但城市基礎設施明顯滯後，例如，在大量人口聚集的城鄉結合部的區域以及部分城中村中，仍然採用燒煤方式進行做飯或者進行冬季取暖。城中村的居住結構主要是一個房東將自有房屋租住給多戶人家，這些人家冬天的取暖方式主要為燒煤取暖，極容易發生一氧化碳中毒，造成不可挽回的生命財產損失。在農村地區，農戶家中冬季取暖方式也還是以燒煤取暖做飯為主，也存在一氧化碳中毒的風險。
因此，冬季如何在沒有集中供暖的城中村或村莊的一氧化碳氣體監測，在一氧化碳氣體濃度過高時及時發出報警信號，預防一氧化碳中毒傷亡事件的發生，成為需要解決的一個現實問題。由於一氧化碳監測可採用相應的一氧化碳傳感器進行檢測，因此，如何基於一氧化碳傳感器並利用無線傳感器網絡技術實現對一氧化碳氣體進行監控報警，成為解決一氧化碳中毒問題的技術問題。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於，對一氧化碳氣體進行監控報警的系統、裝置及方法，用於解決如何利用無線傳感器網絡技術實現對一氧化碳氣體進行監控報警的技術問 題，避免一氧化碳中毒。為了解決上述問題，本發明提出了一種對一氧化碳氣體進行監控報警的監控系統，包括無線一氧化碳傳感器節點、監視報警器、中繼節點、網關節點、監控中心，其中無線一氧化碳傳感器節點，用於監測安裝點的一氧化碳氣體，在一氧化碳濃度超標時進行本地聲光報警，向監視報警器發送報警信號，還將報警信號經過中繼節點、網關節點發送到監控中心；監視報警器，用於在收到無線一氧化碳傳感器節點的報警信號後進行本地聲光報警，還將報警信號經過中繼節點、網關節點發送到監控中心。其中，所述無線一氧化碳傳感器節點、監視報警器、中繼節點、網關節點、監控中心採用無線自組織網絡組網，中繼節點之間組成MESH網絡，網關節點通過GPRS方式向監控中心進行上報。其中，一個監視報警器可監視多個無線一氧化碳傳感器節點，多個監視報警器與中繼節點形成星狀網絡；多個無線一氧化碳傳感器節點與中繼節點形成星狀網絡。進一步地，所述無線一氧化碳傳感器節點、監視報警器、中繼節點、網關節點利用Xbee模塊進行自組織網絡通信；所述監視報警器、中繼節點還利用CCllOO模塊進行通信。本發明還提供一種無線一氧化碳傳感器節點，該無線一氧化碳傳感器節點包括電源模塊、一氧化碳檢測傳感器模塊、通信模塊、以及告警器模塊，其中所述電源模塊為一氧化碳檢測傳感器模塊、通信模塊、以及告警器模塊供電；一氧化碳檢測傳感器模塊，用於檢測空間環境中的一氧化碳濃度，在一氧化碳濃度超標後發送告警信號給告警器模塊進行本地的聲音報警或光學報警或聲光同時報警，用於發送告警信號至通信模塊，由通信模塊將該告警信號發送至外部的監視報警器和/或中繼節點。其中，所述通信模塊包括Xbee模塊。本發明還提供一種監視報警器，該監視報警器包括電源模塊、處理器模塊、通信模塊、告警器模塊及液晶顯示模塊，其中所述電源模塊，用於為處理器模塊、通信模塊、告警器模塊及液晶顯示模塊供電；所述通信模塊，用於與無線一氧化碳傳感器節點及中繼節點進行通信，接收無線一氧化碳傳感器節點的報警信號，將報警信號發給處理器模塊處理後，向中繼節點發送報
警信號；
處理器模塊，用於處理所接收到的報警信號，控制告警器模塊發出告警信號，控制所述液晶顯示模塊對報警信息進行顯示，或者對從中繼節點下發的信息進行顯示。其中，所述通信模塊包括Xbee模塊。本發明還提供一種對一氧化碳氣體進行監控報警的監控方法，包括一氧化碳檢測傳感器節點監測一氧化碳濃度，在一氧化碳濃度超標時向監測報警器和/或中繼節點發送報警信號；監測報警器收到報警信號好進行本地聲光報警；同時將報警信號發送給中繼節 佔.中繼節點通過網關節點將告警信號發送給監控中心。所述方法進一步包括監控中心通過網關節點、中繼節點向監控報警器下發報警信息，監控報警器根據報警信息進行本地聲光報警。本發明的應用無線傳感器網絡技術進行一氧化碳氣體監測的方法、裝置及系統，綜合了計算機、無線通信和信息傳播技術，在要被監測的區域安裝一氧化碳傳感器節點，每個傳感器節點可以實時的測量一定區域的一氧化碳氣體濃度；傳感器節點具有方便安裝，方便轉移，方便使用等特點；一氧化碳傳感器節點與中繼組成星狀網，中繼之間可以自動組成mesh網絡，通過無線傳感器網絡傳輸數據至網關；在一定監控區域內安裝網關節點，可用於接收通過無線傳感器網絡傳輸出來的測量數據，進行本地接收和監測；網關節點通過GPRS與Internet相連，將數據傳輸至監控中心，監控中心對監控區域的數據進行遠程接收和監測。
圖I是對一氧化碳氣體進行監控報警的系統結構示意圖；圖2是對一氧化碳氣體進行監控報警的系統中無線一氧化碳檢測傳感器節點示意圖；圖3是對一氧化碳氣體進行監控報警的系統中監測報警器模塊示意圖；圖4是監測報警器的具體應用實例示意圖；圖5是對一氧化碳氣體進行監控報警的系統中的中繼節點示意圖；圖6是中繼節點的具體應用實例示意圖；圖7是對一氧化碳氣體進行監控報警的系統中的網關節點示意圖；圖8是網關節點的具體應用實例不意圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，以下結合附圖對本發明作進一步地詳細說明。如圖I所示，本發明的一種對一氧化碳氣體進行監控報警的監控系統，包括無線一氧化碳傳感器節點、監視報警器、中繼節點、網關節點、監控中心，其中無線一氧化碳傳感器節點，用於監測安裝點的一氧化碳氣體，在一氧化碳濃度超標時進行本地聲光報警，向監視報警器發送報警信號，還將報警信號經過中繼節點、網關節點發送到監控中心；
監視報警器，用於在收到無線一氧化碳傳感器節點的報警信號後進行本地聲光報警，還將報警信號經過中繼節點、網關節點發送到監控中心。一個監視報警器可監視多個無線一氧化碳傳感器節點，監視報警器與中繼節點形成星狀網絡，一個中繼節點可服務於多個監視報警器及多個無線一氧化碳傳感器節點；而中繼節點之間組成mesh網絡，通過兩級網絡傳輸的報警信號最終匯聚到網關節點；再由網關節點通過GPRS方式上報到聯網的監控中心。無線一氧化碳傳感器節點一般可安裝在住戶家中，也可以安裝在其他需要進行一氧化碳監測的場所。在一氧化碳濃度超標時，監控中心也可獲知發生了一氧化碳濃度超標的事件。進一步地，若結合地理位置信息及無線一氧化碳傳感器的標識信息等可獲知發生報警的具體位置，監控中心在接收到報警信號後，也可以根據無線一氧化碳傳感器的標識信息和/或監視報警器的標識信息或登記信息，將報警信息通知監視報警器的監視人員，例如通過將報警信息發送至房東的手機或者撥打房東的手機或固定電話來通知房東發生報警事件，或者將報警信號通過網絡反饋至房東處的監視報警器。
該監控系統，對於無線一氧化碳傳感器監測到的一氧化碳濃度超標事件，可實現濃度超標本地報警、監視人所在地報警、監控中心報警的三級報警，可充分避免發生超標事件後無人處置的情況發生，增加了系統可靠性。如圖2所示，給出了無線一氧化碳傳感器節點的結構示意圖，傳感器節點包括電源模塊、一氧化碳檢測傳感器模塊、通信模塊、以及告警器模塊。所述電源模塊、一氧化碳檢測傳感器模塊、通信模塊、以及告警器模塊可以安裝於一氧化碳傳感器底板上，由電源模塊為一氧化碳檢測傳感器模塊、通信模塊、以及告警器模塊供電。其中—氧化碳檢測傳感器模塊用於檢測空間環境中的一氧化碳濃度，在一氧化碳濃度超標後發送告警信號給告警器模塊進行本地的聲音報警或光學報警或聲光同時報警，同時發送告警信號至通信模塊，由通信模塊將該告警信號發送至監視報警器。或者，無線一氧化碳傳感器節點可安裝在住戶家中，在一氧化碳濃度超標時可進行本地聲光報警，在本地報警的同時，將報警信號發送給中繼節點，通過自組織網絡將報警信息上傳到監控中心，監控中心根據報警信息，可下發救助信息到房東報警器，提醒房東及時救人。具體而言，無線通信模塊包括天線、射頻電路和射頻晶片。無線通信模塊用來無線組網和無線通信，可以自組織成無線區域網，通過網絡將數據發送至終端。所述無線通信模塊中包括CCllOO子模塊用於與監視報警器和中繼節點進行通信。本發明的基於無線傳感器網絡的一氧化碳監測系統具有無線自組網、信息處理、無線傳輸、一氧化碳氣體濃度測量、一氧化碳氣體濃度過量報警等多種功能，能夠組成無線傳感器網絡實現可靠的數據傳輸。本發明的裝置採用模塊化設計，將射頻模塊、電源模塊、處理器模塊和數據採集模塊分開，通過標準接口自由組合，進行數據傳輸。因為在不同的應用環境中對節點的能耗、採樣率、響應時間和數據處理能力都有不同要求，節點應可以按照功能拆分成多個組件，組件之間可以通過標準接口自由組合。這樣，在不同的應用場合下，選擇不同的組件自由配置系統就可以滿足要求，也有助於控制成本。同時，模塊化設計也有效的減小了節點的體積。進一步地，基於圖I及圖2所示的一氧化碳監測的系統及檢測節點的結構，將一氧化碳檢測傳感器模塊，更換為其它危險氣體檢測傳感器模塊，本發明的監測報警系統也可用於對相應氣體實現基於無線自組織網絡的監測報警。例如在化工廠中對氨氣或氯氣進行監測，只需更換為氨氣檢測傳感器，或對應氯氣的氯氣檢測傳感器；例如在半導體廠中對矽烷可採用矽烷檢測傳感器，對硼烷採用硼烷檢測傳感器、對磷烷採用磷烷檢測傳感器；例如在礦井中對瓦斯濃度利用瓦斯檢測傳感器進行檢測。如圖3所示，給出了監測報警器的結構示意圖。監測報警器包括電源模塊、處理器模塊、通信模塊、告警器模塊及液晶顯示模塊。所述電源模塊為處理器模塊、通信模塊、告警器模塊及液晶顯示模塊供電。通信模塊用於與無線一氧化碳傳感器節點及中繼節點進行通信，接收無線一氧化碳傳感器節點的報警信號，將報警信號發給處理器模塊處理後，向中繼節點發送報警信號。處理器模塊，用於處理所接收到的報警信號，控制告警器模塊發出告警信號，所述告警信號包括聲音告警信號及光學告警信號，控制所述液晶顯示模塊對報警信息進行顯示，或者對從網絡監控中心下發的信息進行顯示。通信模塊可以包括CCllOO子模塊和Xbee子模塊，如圖4所示，給出了監測報警器的一種具體實施時的示意圖。處理器模塊採用MCU MEGA128，告警器模塊採用蜂鳴報警器。電源模塊通過LM2576子模塊輸入12V電壓，利用1117子模塊輸出3. 3V電壓供電。如圖5所示，給出了中繼節點的結構示意圖，中繼節點包括電源模塊、通信模塊、處理器模塊。中繼實現的功能主要為擴展傳感器節點的傳輸距離，組成無線mesh網絡，傳輸數據。所述電源模塊為處理器模塊、通信模塊供電。通信模塊，用於與無線一氧化碳傳感器節點、監測報警器及網關節點進行通信，上行方向，接收無線一氧化碳傳感器節點和/或監測報警器的報警信號，將報警信號發給處理器模塊處理後，向網關節點發送報警信號，下行方向，接收監控中心的下發信息，將下發信息下發給監控報警器。處理器模塊，用於處理所接收到的報警信號及所述下發信息，控制通信模塊進行上下行通信。如圖6所示，給出了中繼節點的一種具體實施方式
示意圖，通信模塊可以包括CCllOO子模塊和Xbee子模塊，處理器模塊採用MCU MEGA128,電源模塊輸入220V電壓，輸出5V電壓到1117子模塊再轉換輸出3. 3V電壓供電。如圖7所示，給出了網關節點的結構示意圖，網關包括電源模塊、處理器模塊、通信模塊。
所述電源模塊為處理器模塊、通信模塊供電。通信模塊，用於與中繼節點及監控中心進行通信，上行方向，接收中繼節點的報警信號，將報警信號發給處理器模塊處理後，向監控中心發送報警信號，下行方向，接收監控中心的下發信息，將下發信息下發給中繼節點。處理器模塊，用於處理所接收到的報警信號及所述下發信息，控制通信模塊進行上下行通信。如圖8所示，給出了網關節點的一種具體實施方式
的實例圖。通信模塊可以包括GPRS子模塊和Xbee子模塊，處理器模塊採用MCU MEGA1280網關的主要功能為匯聚網絡數據，上傳到上位機監控中心。數據通過設置為網關的Xbee模塊匯聚到網關，經過megal28的串口管腳傳輸到mega128晶片進行處理，處理後的數據通過GPRS模塊傳輸到網際網路，並最終傳送到數據監控處理中心。基於上述對一氧化碳進行監測的系統及各個節點及模塊，本發明的對一氧化碳氣體進行監控報警的方法，可以採用多種方式進行報警。監控報警方式I :一氧化碳檢測傳感器節點監測一氧化碳濃度，在一氧化碳濃度超標時向監測報警器發送報警信號，監測報警器收到報警信號好進行本地聲光報警。
監控報警方式2 一氧化碳檢測傳感器節點監測一氧化碳濃度，在一氧化碳濃度超標時向監測報警器發送報警信號，監測報警器收到報警信號好進行本地聲光報警；同時將報警信號發送給中繼節點，中繼節點通過網關節點將告警信號發送給監控中心。監控報警方式3:—氧化碳檢測傳感器節點監測一氧化碳濃度，在一氧化碳濃度超標時將報警信號發送給中繼節點，中繼節點通過網關節點將告警信號發送給監控中心。監控報警方式4 一氧化碳檢測傳感器節點監測一氧化碳濃度，在一氧化碳濃度超標時將報警信號發送給中繼節點，中繼節點通過網關節點將告警信號發送給監控中心。監控報警方式5 一氧化碳檢測傳感器節點監測一氧化碳濃度，在一氧化碳濃度超標時將報警信號發送給中繼節點，中繼節點通過網關節點將告警信號發送給監控中心；監控中心通過網關節點、中繼節點向監控報警器下發報警信息，監控報警器根據報警信息進行本地聲光報警。本發明的對一氧化碳氣體進行監控報警的方法，可以採用上述任一種方式獨立實現報警，也可以採用上述方式的組合方式進行報警。以上所述僅為本發明的實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的權利要求範圍之內。
權利要求
1.一種對一氧化碳氣體進行監控報警的監控系統，包括無線一氧化碳傳感器節點、監視報警器、中繼節點、網關節點、監控中心，其中 無線一氧化碳傳感器節點，用於監測安裝點的一氧化碳氣體，在一氧化碳濃度超標時進行本地聲光報警，向監視報警器發送報警信號，還將報警信號經過中繼節點、網關節點發送到監控中心； 監視報警器，用於在收到無線一氧化碳傳感器節點的報警信號後進行本地聲光報警，還將報警信號經過中繼節點、網關節點發送到監控中心。
2.如權利要求I所述的監控系統，其特徵在於， 所述無線一氧化碳傳感器節點、監視報警器、中繼節點、網關節點、監控中心採用無線自組織網絡組網，中繼節點之間組成MESH網絡，網關節點通過GPRS方式向監控中心進行上報。
3.如權利要求I或2所述的監控系統，其特徵在於， 一個監視報警器可監視多個無線一氧化碳傳感器節點， 多個監視報警器與中繼節點形成星狀網絡； 多個無線一氧化碳傳感器節點與中繼節點形成星狀網絡。
4.如權利要求I所述的監控系統，其特徵在於， 所述無線一氧化碳傳感器節點、監視報警器、中繼節點、網關節點利用Xbee模塊進行自組織網絡通信； 所述監視報警器、中繼節點還利用CCllOO模塊進行通信。
5.一種無線一氧化碳傳感器節點，其特徵在於，該無線一氧化碳傳感器節點包括電源模塊、一氧化碳檢測傳感器模塊、通信模塊、以及告警器模塊，其中 所述電源模塊為一氧化碳檢測傳感器模塊、通信模塊、以及告警器模塊供電； 一氧化碳檢測傳感器模塊，用於檢測空間環境中的一氧化碳濃度，在一氧化碳濃度超標後發送告警信號給告警器模塊進行本地的聲音報警或光學報警或聲光同時報警，用於發送告警信號至通信模塊，由通信模塊將該告警信號發送至外部的監視報警器和/或中繼節點。
6.如權利要求5所述的一種無線一氧化碳傳感器節點，其特徵在於， 所述通信模塊包括Xbee模塊。
7.—種監視報警器，其特徵在於，該監視報警器包括電源模塊、處理器模塊、通信模塊、告警器模塊及液晶顯示模塊，其中 所述電源模塊，用於為處理器模塊、通信模塊、告警器模塊及液晶顯示模塊供電；所述通信模塊，用於與無線一氧化碳傳感器節點及中繼節點進行通信，接收無線一氧化碳傳感器節點的報警信號，將報警信號發給處理器模塊處理後，向中繼節點發送報警信號; 處理器模塊，用於處理所接收到的報警信號，控制告警器模塊發出告警信號，控制所述液晶顯示模塊對報警信息進行顯示，或者對從中繼節點下發的信息進行顯示。
8.如權利要求7所述的監視報警器，其特徵在於， 所述通信模塊包括Xbee模塊。
9.一種對一氧化碳氣體進行監控報警的監控方法，包括一氧化碳檢測傳感器節點監測一氧化碳濃度，在一氧化碳濃度超標時向監測報警器和/或中繼節點發送報警信號； 監測報警器收到報警信號好進行本地聲光報警；同時將報警信號發送給中繼節點； 中繼節點通過網關節點將告警信號發送給監控中心。
10.如權利要求9所述的監控方法，其特徵在於，所述方法進一步包括 監控中心通過網關節點、中繼節點向監控報警器下發報警信息，監控報警器根據報警信息進行本地聲光報警。
全文摘要
本發明公開了一種對一氧化碳氣體進行監控報警的體進行監控報警的系統、裝置及方法，包括無線一氧化碳傳感器節點、監視報警器、中繼節點、網關節點、監控中心，其中一氧化碳檢測傳感器節點監測一氧化碳濃度，在一氧化碳濃度超標時向監測報警器和/或中繼節點發送報警信號；監測報警器收到報警信號好進行本地聲光報警；同時將報警信號發送給中繼節點；中繼節點通過網關節點將告警信號發送給監控中心。本發明的基於無線傳感器網絡的一氧化碳監測系統具有無線自組網、信息處理、無線傳輸、一氧化碳氣體濃度測量、一氧化碳氣體濃度過量報警等多種功能，能夠組成無線傳感器網絡實現可靠的數據傳輸。
文檔編號G08B21/14GK102722963SQ20111043311
公開日2012年10月10日 申請日期2011年12月21日 優先權日2011年12月21日
發明者盧銘, 樊勇, 魏劍平, 黃孝斌 申請人:北京時代凌宇科技有限公司