一種農村沼氣池監測預警系統的製作方法
2023-10-06 23:51:04 1
一種農村沼氣池監測預警系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種農村沼氣池監測預警系統，包括安裝在沼氣池內部的無線採集終端1、安裝在沼氣池外部的無線採集終端2、無線數據傳輸終端和遠程監測中心；所述無線數據傳輸終端、無線採集終端1和無線採集終端2構成星型網絡結構，並按照Zigbee協議進行無線通信；所述無線數據傳輸終端與遠程監測中心之間通過GPRS網絡和Internet網絡連接並進行無線通信；所述遠程監測中心包括計算機和數據伺服器。本實用新型採用太陽能供電，操作方便，成本低，便於實施，可以有效的實現農村沼氣池的分散式維護管理和集中式維護管理。
【專利說明】一種農村沼氣池監測預警系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及沼氣工程的自動監測【技術領域】，尤其是涉及一種農村沼氣池監測預警系統。
【背景技術】
[0002]在農村沼氣池管理維護的過程中，一般需要對沼氣池內部環境進行監測管理。沼氣發酵是一個非常複雜的生物過程，必須對發酵的生物過程進行監測調控，為優勢發酵菌提供良好的生長與繁殖環境，才能使產氣量始終維持在一個較高的水平。此外，需要對沼氣池的周圍環境和輸氣管道進行監測管理。沼氣池的長期使用，可能導致沼氣池及輸氣管道出現漏氣。沼氣是一種以甲烷和二氧化碳為主要成分的可燃性混合氣體，如若管理不善，容易造成氣體蓄積，當達到一定濃度後，若洩漏會造成人員中毒，如遇明火則極易產生爆炸，造成傷亡事故，對人民群眾的人身安全造成危害。目前，由於農村戶用沼氣池的數量龐大且分布零散，農村戶用沼氣池的管理維護方式主要採取以農戶為主，專業技術人員為輔的人工方式。農戶受到自身專業技術的限制，在不使用專業儀器的情況下，主要依靠經驗管理沼氣池，不能充分發揮沼氣池的效能，且很難發現安全隱患，此外，還需要耗費大量的技術人員進行跟蹤服務。這種人工管理的方式大大限制了沼氣池的推廣應用。
【發明內容】
[0003]針對現有技術的不足，本實用新型的目的是提供一種農村沼氣池監測預警系統，其操作方便，成本低，便於實施，可以有效的實現農村沼氣池的分散式維護管理和集中式維
護管理。
[0004]為實現上述目的，本實用新型採用的技術方案是:一種農村沼氣池監測預警系統，包括安裝在沼氣池內部的無線採集終端1、安裝在沼氣池外部的無線採集終端2、無線數據傳輸終端和遠程監測中心；所述無線數據傳輸終端、無線採集終端I和無線採集終端2構成星型網絡結構，並按照Zigbee協議進行無線通信；所述無線數據傳輸終端與遠程監測中心之間通過GPRS網絡和Internet網絡連接並進行無線通信。
[0005]所述無線採集終端I包括用於控制的處理器單元、用於監測沼氣池內部環境參數採集單元、用於功率放大的射頻模塊、用於計時的時鐘模塊以及為無線採集終端I的各部分進行供電的電源模塊；處理器單元分別與環境參數採集單元、射頻模塊、時鐘模塊、電源模塊連接；環境參數採集單元包括溫度採集模塊、濃度採集模塊、壓力檢測模塊和液位檢測模塊。
[0006]所述無線採集終端2包括用於控制的處理器單元、用於監測沼氣池外部環境參數採集單元、用於功率放大的射頻模塊、用於計時的時鐘模塊以及為無線採集終端2的各部分進行供電的電源模塊；處理器單元分別與環境參數採集單元、射頻模塊、時鐘模塊、電源模塊連接；環境參數採集單元包括溫度採集模塊和濃度採集模塊。
[0007]所述無線數據傳輸終端包括GPRS數據傳輸單元、串口通信模塊、處理器單元和射頻模塊；處理器單元分別與串口通信模塊、射頻模塊連接；GPRS數據傳輸單元與串口通信模塊連接。
[0008]所述無線採集終端I和無線採集終端2的數量可以為一個或者多個。
[0009]所述無線採集終端1、無線採集終端2和無線數據傳輸終端的電源模塊採用相同的硬體結構；電源模塊包括太陽能電池板、充電管理模塊、蓄電池和供電電壓轉換模塊，充電管理模塊分別與太陽能電池板、蓄電池連接，供電電壓轉換模塊與蓄電池連接。
[0010]所述無線採集終端1、無線採集終端2和無線數據傳輸單元的處理器單元和射頻模塊採用相同的硬體結構；處理器單元採用TI公司的Zigbee模塊CC2530F256，射頻模塊採用TI公司的CC2591模塊。
[0011]所述遠程監測中心包括計算機和數據伺服器。
[0012]為實現本實用新型的目的，還提供一種農村沼氣池監測預警系統的監測方法，該方法包括以下步驟:
[0013](I)初始化無線採集終端1、無線採集終端2和無線數據傳輸終端，由無線數據傳輸終端建立無線網絡，無線採集終端I和無線採集終端2自動尋找該網絡，獲取網絡地址，建立網絡綁定關係；
[0014](2)無線採集終端I大部分時間處於休眠模式，按照一定時間間隔自動採集沼氣池內部環境參數的狀態數據，當狀態數據變化值超過預定值時，發送狀態數據給無線數據傳輸終端；
[0015](3)無線採集終端2大部分時間處於休眠模式，按照一定時間間隔自動採集沼氣池外部環境參數的狀態數據，當沼氣濃度變化值超過預定值時，發送環境參數的狀態數據給無線數據傳輸終端；
[0016](4)無線數據傳輸終端將環境參數的狀態數據進行一定的處理，按照TCP/IP協議的數據幀格式通過GPRS網絡和Internet網絡發送給遠程監測中心。當狀態數據在環境參數預警範圍時，以手機簡訊方式通知指定農戶對沼氣池進行管理維護。
[0017](5)遠程監測中心將接收到的數據幀進行預處理後存在到數據伺服器，當監測環境參數在環境參數的預警範圍時，對預處理後的數據產生報警信息，然後調用沼氣池安全管理專家系統對歷史數據進行進一步分析和處理，形成沼氣池安全維護建議方案，農戶可以利用智慧型手機通過Internet網絡連接到遠程監測中心獲取相關信息。
[0018]所述的步驟(2)包括以下具體步驟:
[0019]2a.設定環境參數變化的預定值以及採集時間間隔Tl ；
[0020]2b.無線採集終端I按照時間間隔Tl採集數據，如果採集到的環境參數數據變化值(相對上一次採集的數據)小於設定的變化預定值時，不發送數據給無線數據傳輸終端，繼續按照時間間隔Tl採集數據，否則減小採集時間間隔Tl，增減採集次數，且發送數據給無線數據傳輸終端。
[0021]所述的步驟(3)包括以下具體步驟:
[0022]3a.依據提高產氣率和安全使用的原則，設定沼氣池內部和外部環境參數預警範圍；
[0023]3b.無線數據傳輸終端對環境參數數據進行重新組幀，將基於Zigbee協議數據格式轉換為基於TCP/IP協議的數據幀格式，發送數據到遠程監測中心；[0024]3c.判定是否需要向指定農戶發送安全維護預警信息。當沼氣池外部沼氣濃度超過預警值或者沼氣池內部環境參數在預警範圍時，以手機簡訊方式發送安全維護指導信息或者預警信息。
[0025]本實用新型的有益效果是:
[0026]系統採用低功耗的晶片實現基於Zigbee協議的無線通信，通過修訂採樣時間間隔，降低終端功耗；採用太陽能供電，操作方便，成本低，便於實施。
[0027]系統採用成熟的TCP/IP通信協議，具有良好的擴展性能，一個遠程監測中心可以支持多個沼氣池現場採集點的通信接入，有效的實現農村沼氣池的分散式維護管理和集中
式管理。
[0028]系統智能化程度高，監測效果好，能夠通過手機簡訊方式為農戶提供預警信息或者沼氣池維護管理建議方案。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]為了使本實用新型的內容更容易被清楚的理解，下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0030]圖1是本實用新型所述的農村沼氣池監測預警系統的總體結構示意圖。
[0031]圖2是本實用新型所述的無線採集終端I的結構示意圖。
[0032]圖3是本實用新型所述的無線採集終端2的結構示意圖。
[0033]圖4是本實用新型所述的無線數據傳輸終端的結構示意圖。
[0034]圖5是本實用新型所述的電源模塊的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0035]如圖1所示，一種農村沼氣池監測預警系統，包括安裝在沼氣池內部的無線採集終端1、安裝在沼氣池外部的無線採集終端2、無線數據傳輸終端和遠程監測中心；所述無線數據傳輸終端、無線採集終端I和無線採集終端2構成星型網絡結構，並按照Zigbee協議進行無線通信；所述無線數據傳輸終端與遠程監測中心之間通過GPRS網絡和Internet網絡連接並進行無線通信；所述遠程監測中心包括計算機和數據伺服器。此外，無線採集終端I和無線採集終端2的數量理論上可以增加到63335個，系統具有較強的擴展能力。
[0036]結合圖2，所述無線採集終端I包括用於控制的處理器單元、用於監測沼氣池內部環境參數採集單元、用於功率放大的射頻模塊、用於計時的時鐘模塊以及為無線採集終端I的各部分進行供電的電源模塊；處理器單元分別與環境參數採集單元、射頻模塊、時鐘模塊、電源模塊連接；環境參數採集單元包括溫度採集模塊、濃度採集模塊、壓力檢測模塊和液位檢測模塊。
[0037]結合圖3，所述無線採集終端2包括用於控制的處理器單元、用於監測沼氣池外部環境參數採集單元、用於功率放大的射頻模塊、用於計時的時鐘模塊以及為無線採集終端2的各部分進行供電的電源模塊；處理器單元分別與環境參數採集單元、射頻模塊、時鐘模塊、電源模塊連接；環境參數採集單元包括溫度採集模塊和濃度採集模塊。
[0038]結合圖4，所述無線數據傳輸終端包括GPRS數據傳輸單元、串口通信模塊、處理器單元和射頻模塊；處理器單元分別與串口通信模塊、射頻模塊連接；GPRS數據傳輸單元與串口通信模塊連接。GPRS數據傳輸單元採用工業級嵌入式處理器，內嵌TCP/IP協議棧，提供標準RS232數據接口，是專門用於將串口數據轉換為IP數據或將IP數據轉換為串口數據通過無線通信網絡進行傳送的無線終端設備。
[0039]結合圖5，所述無線採集終端1、無線採集終端2和無線數據傳輸終端的電源模塊採用相同的硬體結構；電源模塊包括太陽能電池板、充電管理模塊、蓄電池和供電電壓轉換模塊，充電管理模塊分別與太陽能電池板、蓄電池連接，供電電壓轉換模塊與蓄電池連接。
[0040]結合圖2、圖3、圖4，所述無線採集終端1、無線採集終端2和無線數據傳輸單元的處理器單元和射頻模塊採用相同的硬體結構；處理器單元採用TI公司的Zigbee模塊CC2530F256，射頻模塊採用TI公司的CC2591功放模塊。
[0041]結合上述系統，還提供一種農村沼氣池監測預警系統的監測方法，包括以下步驟:
[0042](I)初始化無線採集終端1、無線採集終端2和無線數據傳輸終端，由無線數據傳輸終端建立無線網絡，無線採集終端I和無線採集終端2自動尋找該網絡，獲取網絡地址，建立網絡綁定關係；
[0043](2)無線採集終端I大部分時間處於休眠模式，按照一定時間間隔自動採集沼氣池內部環境參數的狀態數據，當狀態數據變化值超過預定值時，發送狀態數據給無線數據傳輸終端；
[0044](3)無線採集終端2大部分時間處於休眠模式，按照一定時間間隔自動採集沼氣池外部環境參數的狀態數據，當沼氣濃度變化值超過預定值時，發送環境參數的狀態數據給無線數據傳輸終端；
[0045](4)無線數據傳輸終端將環境參數的狀態數據進行一定的處理，按照TCP/IP協議的數據幀格式通過GPRS網絡和Internet網絡發送給遠程監測中心。當狀態數據在環境參數預警範圍時，以手機簡訊方式通知指定農戶對沼氣池進行管理維護。
[0046](5)遠程監測中心將接收到的數據幀進行預處理後存在到數據伺服器，當監測環境參數在環境參數的預警範圍時，對預處理後的數據產生報警信息，然後調用沼氣池安全管理專家系統對歷史數據進行進一步分析和處理，形成沼氣池安全維護建議方案，農戶可以利用智慧型手機通過Internet網絡連接到遠程監測中心獲取相關信息。
[0047]所述的步驟(2)包括以下具體步驟:
[0048]2a.設定環境參數變化的預定值以及採集時間間隔Tl ；
[0049]2b.無線採集終端I按照時間間隔Tl採集數據，如果採集到的環境參數數據變化值(相對上一次採集的數據)小於設定的變化預定值時，不發送數據給無線數據傳輸終端，繼續按照時間間隔Tl採集數據，否則減小採集時間間隔Tl，增減採集次數，且發送數據給無線數據傳輸終端。
[0050]所述的步驟(3)包括以下具體步驟:
[0051]3a.依據提高產氣率和安全使用的原則，設定沼氣池內部和外部環境參數預警範圍；
[0052]3b.無線數據傳輸終端對環境參數數據進行重新組幀，將基於Zigbee協議數據格式轉換為基於TCP/IP協議的數據幀格式，發送數據到遠程監測中心；
[0053]3c.判定是否需要向指定農戶發送安全維護預警信息。當沼氣池外部沼氣濃度超過預警值或者沼氣池內部環境參數在預警範圍時，以手機簡訊方式發送安全維護指導信息或者預警信息。
[0054]以上公開的僅為本實用新型的具體實施例，但本實用新型並非局限於此，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術方案的前提下，做出的變形應視為屬於本實用新型保護範圍。
【權利要求】
1.一種農村沼氣池監測預警系統，其特徵在於:包括安裝在沼氣池內部的無線採集終端1、安裝在沼氣池外部的無線採集終端2、無線數據傳輸終端和遠程監測中心；所述無線數據傳輸終端、無線採集終端I和無線採集終端2構成星型網絡結構，並按照Zigbee協議進行無線通信；所述無線數據傳輸終端與遠程監測中心之間通過GPRS網絡和Internet網絡連接並進行無線通信。
2.根據權利要求1所述的農村沼氣池監測預警系統，其特徵在於:所述無線採集終端I包括用於控制的處理器單元、用於監測沼氣池內部環境參數採集單元、用於功率放大的射頻模塊、用於計時的時鐘模塊以及為無線採集終端I的各部分進行供電的電源模塊；處理器單元分別與環境參數採集單元、射頻模塊、時鐘模塊、電源模塊連接；環境參數採集單元包括溫度採集模塊、濃度採集模塊、壓力檢測模塊和液位檢測模塊。
3.根據權利要求1所述的農村沼氣池監測預警系統，其特徵在於:所述無線採集終端2包括用於控制的處理器單元、用於監測沼氣池外部環境參數採集單元、用於功率放大的射頻模塊、用於計時的時鐘模塊以及為無線採集終端2的各部分進行供電的電源模塊；處理器單元分別與環境參數採集單元、射頻模塊、時鐘模塊、電源模塊連接；環境參數採集單元包括溫度採集模塊和濃度採集模塊。
4.根據權利要求1所述的農村沼氣池監測預警系統，其特徵在於:所述無線數據傳輸終端包括GPRS數據傳輸單元、串口通信模塊、處理器單元和射頻模塊；處理器單元分別與串口通信模塊、射頻模塊連接；GPRS數據傳輸單元與串口通信模塊連接。
5.根據權利要求2或者3所述的農村沼氣池監測預警系統，其特徵在於:所述無線採集終端I和無線採集終端2的數量可以為一個或者多個。
6.根據權利要求2或者3或者4所述的農村沼氣池監測預警系統，其特徵在於:所述無線採集終端1、無線採集終端2和無線數據傳輸終端的電源模塊採用相同的硬體結構；電源模塊包括太陽能電池板、充電管理模塊、蓄電池和供電電壓轉換模塊，充電管理模塊分別與太陽能電池板、蓄電池連接，供電電壓轉換模塊與蓄電池連接。
7.根據權利要求2或者3或者4所述的農村沼氣池監測預警系統，其特徵在於:所述無線採集終端1、無線採集終端2和無線數據傳輸單元的處理器單元和射頻模塊採用相同的硬體結構；處理器單元採用TI公司的Zigbee模塊CC2530F256，射頻模塊採用TI公司的CC2591 模塊。
8.根據權利要求1所述的農村沼氣池監測預警系統，其特徵在於:所述遠程監測中心包括計算機和數據伺服器。
【文檔編號】H04L29/06GK203812054SQ201420057222
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年1月24日 優先權日:2014年1月24日
【發明者】鄭爭兵 申請人:陝西理工學院