基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度監測系統的製作方法
2024-02-22 23:02:15
基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度監測系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度監測系統，該監測系統包括通過近距離無線網絡相連的燻蒸氣體濃度檢測終端和數據監控中心。所述燻蒸氣體濃度檢測終端包括單片機處理器及存儲模塊以及分別與所述單片機處理器及存儲模塊相連接的電源控制模塊、模擬信號接口模塊、數位訊號接口模塊、實時顯示及故障警示模塊和基於ZigBee技術的無線通信模塊。所述燻蒸氣體濃度檢測終端可接入從燻蒸氣體濃度檢測探頭輸入的工業上常用模擬信號或數位訊號，提高了燻蒸氣體濃度監測網絡的兼容性。基於ZigBee技術星型網絡結構優勢，降低了網絡安裝、維護和檢修的難度及成本，同時保證了燻蒸檢疫處理的準確性、可靠性和操作人員的人身安全。
【專利說明】基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度監測系統【技術領域】[0001]本發明涉及一種燻蒸氣體濃度監測系統，尤其是一種可接入從燻蒸氣體濃度檢測 探頭輸入的工業上常用模擬信號和數位訊號，並運用近距離無線網絡對檢驗檢疫口岸燻蒸 庫區燻蒸池內燻蒸氣體濃度進行監測的基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度監測系統。【背景技術】[0002]目前，對檢驗檢疫口岸燻蒸庫區燻蒸池內燻蒸氣體濃度進行監測時，一般採用燻 蒸氣體濃度檢測探頭和數據處理主機一體化設備或者將氣體濃度檢測終端與主機通過 RS485串行通訊總線相互連接。常用一體化設備中的燻蒸氣體濃度檢測探頭有些向外輸出 工業上常用模擬信號，有些向外輸出工業上常用數位訊號，設備間的差異導致這些一體化 設備很難被納入同一燻蒸氣體濃度監測網絡執行檢測任務。在使用一體化設備進行檢測 時，操作人員必須靠近燻蒸庫區檢疫處理作業現場，易導致監控反饋不及時，操作人員易受 燻蒸庫區內有害因素的傷害，也不便於根據燻蒸處理相關標準對燻蒸檢疫處理作業的全過 程實時監控，因此無法對整個燻蒸檢疫處理作業結果進行有效性評價。當使用RS485總線 掛接所有燻蒸氣體濃度檢測終端並將數據傳輸至數據監控中心進行檢測時，監測網絡內節 點數量受限，且只能沿固定線路傳輸數據，傳輸介質的架設將有可能破壞已建的燻蒸庫區 基礎設施，存在安裝維護費用高、檢修困難、終端增減困難等弊端，同時也不能在某些惡劣 環境下實現監測系統的快速部署，易導致監控方式不及時。
【發明內容】
[0003]為解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃 度監測系統，基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度監測系統可接入從燻蒸氣體濃度檢測探頭 輸入的工業上常用模擬信號和數位訊號，無需操作人員在燻蒸庫區旁值守，在避免因操作 人員主觀讀數記錄對燻蒸檢疫處理作業結果有效性幹擾的同時，還能降低操作人員受燻蒸 庫區有害因素的傷害。同時，由於基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度檢測終端的位置可以根 據燻蒸庫區總體設計需要靈活放置，能夠降低燻蒸氣體濃度監測系統安裝、維護、檢修及節 點增減的難度和成本。[0004]本發明技術方案如下:[0005]該基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度監測系統包括通過近距離無線網絡相連的基 於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度檢測終端和數據監控中心。[0006]所述基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度檢測終端包括單片機處理器及存儲模塊以 及分別與所述單片機處理器及存儲模塊相連接的電源控制模塊、模擬信號接口模塊、數字 信號接口模塊、實時顯示及故障警示模塊和基於ZigBee技術的無線通信模塊。[0007]所述模擬信號接口模塊為可將從燻蒸氣體濃度檢測探頭輸入的工業上常用模擬 信號轉換成單片機處理器及存儲模塊可處理信號的模塊。[0008]所述數位訊號接口模塊為可將從燻蒸氣體濃度檢測探頭輸入的工業上常用數位訊號轉換成單片機處理器及存儲模塊可處理信號的模塊。[0009]所述基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度檢測終端為具有程序運行功能、數據處理 功能和組網通訊功能的可行動裝置。[0010]所述數據監控中心包括工控設備或高性能工作站以及與工控設備或高性能工作 站相連接的ZigBee技術無線通訊模塊。[0011]所述數據監控中心通過近距離無線網絡可同時控制多臺基於ZigBee技術的燻蒸 氣體濃度檢測終端。[0012]本發明實現了檢驗檢疫口岸燻蒸庫區燻蒸池內燻蒸氣體濃度檢測操作和燻蒸氣 體濃度檢測終端的分離，可接入從燻蒸氣體濃度檢測探頭輸入的工業上常用模擬信號和數 字信號，既能避免因操作人員主觀讀數記錄對燻蒸檢疫處理作業結果有效性的幹擾，也能 降低操作人員受燻蒸庫區有害因素的傷害。同時，由於基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度檢 測終端的位置可以根據燻蒸庫區總體設計需要靈活放置，能降低燻蒸氣體濃度監測網絡安 裝、維護、檢修及節點增減的難度和成本，加上基於ZigBee技術的近距離無線網絡連接不 受線纜連接終端數量和傳輸介質架設等條件的限制，燻蒸庫區燻蒸池內所有燻蒸氣體濃度 檢測終端檢測到的相關數據，可通過多條傳輸路徑被傳輸到數據監控中心，在實現了燻蒸 庫區內多終端檢測的同時，通過數據傳輸通道冗餘技術保障了整個燻蒸庫區內燻蒸氣體濃 度監測網絡數據的安全性和時效性。【專利附圖】
【附圖說明】[0013]圖1是本發明在檢驗檢疫口岸燻蒸庫區的系統工作示意圖。[0014]圖2是本發明提供的基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度檢測終端構成模塊框圖。【具體實施方式】[0015]下面結合附圖對本發明做進一步詳細的說明。[0016]圖1所示為本發明在檢驗檢疫口岸燻蒸庫區的系統工作示意圖。[0017]①整個燻蒸庫，為燻蒸檢疫處理作業工作場所；[0018]②單個燻蒸池，為獨立、密閉的燻蒸檢疫處理作業室；[0019]③基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度檢測終端，為根據燻蒸檢疫處理作業監測網 絡要求，放置在燻蒸池裡面的氣體濃度檢測終端，連接上燻蒸氣體濃度檢測探頭後便能採 集並處理燻蒸氣體濃度數據；[0020]④數據監控中心，接收基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度檢測終端的獲取的燻蒸 氣體濃度數據，對基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度檢測終端進行參數設置、操作控制和組 網通訊，並完成燻蒸庫區監測網絡內相關數據的存儲、分析及發布。數據監控中心包括具有 程序運行功能和數據處理功能的工控設備或高性能工作站以及近距離無線網絡ZigBee技 術無線通訊模塊。根據燻蒸庫區監測網絡需要，可通過數據監控中心控制多臺65535) 基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度檢測終端，以便對燻蒸檢疫處理作業有效性做出評價。[0021]⑤無線傳輸信號，包括所有在ZigBee技術星型結構網絡上雙向傳輸的指令及數 據。[0022]為防範燻蒸檢疫處理作業中有害因素產生的危害，在發生緊急情況時便於隔離危害或通風處理，檢驗檢疫口岸燻蒸處理庫區通常設在遠離生命活動區域的下風位置。為進 一步保證操作人員安全，控制顯示數據中心的位置通常要求距離燻蒸庫區I公裡以上。[0023]整個檢疫處理燻蒸庫區會根據檢疫處理作業的要求，被劃分成若干個獨立、密閉 的燻蒸池。根據國家質量監督檢驗檢疫總局相關處理標準的要求，一些特定待處理物需被 放置在燻蒸池內，使用燻蒸氣體對其進行化學檢疫處理。為了保證燻蒸檢疫處理作業的有 效性，在燻蒸處理整個過程中，需藉助燻蒸氣體濃度監測系統對密閉燻蒸池內的燻蒸氣體 濃度進行實時檢測。[0024]根據檢疫處理相關標準要求，單個燻蒸池內應放置2?3個基於ZigBee技術的燻 蒸氣體濃度檢測終端，根據ZigBee技術星型結構網絡的特點，檢測終端本身也是數據信號 傳輸介質的節點，相當於信號傳輸中繼器，最終能夠實現燻蒸氣體濃度監測網絡內所有終 端數據向數據監控中心的傳輸。如圖1所示，通過基於ZigBee技術的近距離無線網絡，燻 蒸庫區內的所有檢測終端獲取的數據最終能夠通過三條數據通道傳輸到數據監控中心，也 就是說即使其中一條或者兩條數據通路出現故障時，整個監測網絡還能正常工作。通過這 種數據傳輸鏈路冗餘技術，能夠保證整個燻蒸庫區燻蒸氣體濃度監測網絡數據的安全性和 實效性。[0025]根據燻蒸庫區監測網絡的需要，基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度檢測終端在單 個燻蒸池內的位置是可以隨意變更的，監測終端數量是可以隨意增減的，能極大降低監測 網絡安裝及改造成本。當監測網絡中某個終端發生故障或需增減檢測終端時，只需更換或 增減檢測終端即可，基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度檢測終端能夠在網絡協調器的搜索、 協調和分配下，迅速與周邊檢測終端或中繼器建立聯繫，並融入已有監測網絡，能極大降低 監測網絡檢修和終端增減的難度及成本。[0026]圖2所示為本發明基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度監測系統的構成模塊框圖，該 基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度監測系統包括通過近距離無線網絡相連的基於ZigBee技 術的燻蒸氣體濃度檢測終端和數據監控中心，其中所述基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度 檢測終端包括單片機處理器及存儲模塊以及分別與所述單片機處理器及存儲模塊相連接 的電源控制模塊、模擬信號接口模塊、數位訊號接口模塊、實時顯示及故障警示模塊和基於 ZigBee技術的無線通信模塊。[0027]本實施例中，各模塊執行功能如下:[0028]①電源控制模塊:為電池或外接電源供電系統，包括電源切換、電壓轉換及穩壓功 倉泛;[0029]②模擬信號接口模塊:將從燻蒸氣體濃度檢測探頭輸入的工業上常用模擬信號轉 換成單片機處理器及存儲模塊可處理信號的模塊；[0030]③數位訊號接口模塊:將從燻蒸氣體濃度檢測探頭輸入的工業上常用數位訊號轉 換成單片機處理器及存儲模塊可處理信號的模塊:[0031]④單片機處理器及存儲模塊:採集電源控制模塊傳輸的模擬信號，轉換成數字信 號，輸出電量值；從模擬信號接口模塊或數位訊號接口模塊獲取燻蒸氣體濃度信號，轉換成 可處理信號，並存儲氣體濃度值；將實時檢測到氣體濃度值傳輸到實時顯示模塊，將基於 ZigBee技術的燻蒸氣體濃度檢測終端的系統自身工作狀態以及燻蒸池內作業環境警示狀 態傳輸到故障警示模塊；控制基於ZigBee技術的無線通信模塊實現燻蒸氣體濃度檢測值、系統自身工作狀態和作業環境警示狀態實時近距離無線傳輸；[0032]⑤實時顯示及故障警示模塊:實時顯示檢測到氣體濃度值；以指示燈亮滅動作或 者蜂鳴器嗚叫，指示系統自身工作狀態和作業環境警示狀態；[0033]⑥基於ZigBee技術的無線通信模塊:將單片機處理器及存儲模塊指令和數據轉 換成無線傳輸信號並發出，或接收無線傳輸信號並傳輸到單片機處理器及存儲器模塊，再 或作為網絡中繼器完成監測網絡上的無線信號傳輸；[0034]⑦數據監控中心:採集基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度檢測終端的檢測數據，並 對基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度檢測終端進行參數設置、操作控制和組網通訊，並完成 燻蒸庫區監測網絡內相關數據的存儲、分析及發布。數據監控中心包括具有程序運行功能 和數據處理功能的工控設備或高性能工作站以及近距離無線網絡ZigBee技術無線通訊模 塊。根據燻蒸庫區監測網絡需要，可通過數據監控中心控制多臺(€ 65535)基於ZigBee 技術的燻蒸氣體濃度檢測終端，以便對燻蒸檢疫處理作業有效性做出評價。[0035]⑧燻蒸氣體濃度檢測探頭:為可將燻蒸氣體濃度信號轉換成工業上常用模擬信號 或數位訊號的傳感器及其接口電路，是用來配合該發明基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度 監測系統工作的重要模塊。[0036]本發明並不局限於上述實施方式，對本領域一般技術人員而言，在不背離本發明 原理的前提下對其所做的任何顯而易見的改動，均不超出本申請所附權利要求的保護範圍。
【權利要求】
1.一種基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度監測系統，其特點在於，包括通過近距離無線 網絡相連的基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度檢測終端和數據監控中心。
2.根據權利要求1所述的基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度監測系統，其特點在於，所 述基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度檢測終端包括單片機處理器及存儲模塊以及分別與所 述單片機處理器及存儲模塊相連接的電源控制模塊、模擬信號接口模塊、數位訊號接口模 塊、實時顯示及故障警示模塊和基於ZigBee技術的無線通信模塊。
3.根據權利要求2所述的基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度監測系統，其特點在於，所 述模擬信號接口模塊為可將從燻蒸氣體濃度檢測探頭輸入的工業上常用模擬信號轉換成 單片機處理器及存儲模塊可處理信號的模塊。
4.根據權利要求2所述的基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度監測系統，其特點在於，所 述數位訊號接口模塊為可將從燻蒸氣體濃度檢測探頭輸入的工業上常用數位訊號轉換成 單片機處理器及存儲模塊可處理信號的模塊。
5.根據權利要求1所述的基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度監測系統，其特點在於，所 述基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度檢測終端為具有程序運行功能、數據處理功能和組網 通訊功能的可行動裝置。
6.根據權利要求1所述的基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度監測系統，其特點在於，所 述數據監控中心包括工控設備或高性能工作站以及與工控設備或高性能工作站相連接的 ZigBee技術無線通訊模塊。
7.根據權利要求6所述的基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度監測系統，其特點在於，所 述數據監控中心通過近距離無線網絡可同時控制多臺基於ZigBee技術的燻蒸氣體濃度檢 測終端。
【文檔編號】G08C17/02GK103558339SQ201310486181
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月17日 優先權日:2013年1月28日
【發明者】龔紹潤, 王躍進, 鄒兵 申請人:中國檢驗檢疫科學研究院