專利名稱：基于ZigBee技術(shù)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測技術(shù)和自動控制系統(tǒng)，尤其涉及一種無線的 氣體監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前市面上有很多氣體濃度或壓力監(jiān)控設(shè)備，例如二氧化碳檢測儀、燃?xì)庑?漏報警器等，但這些氣體監(jiān)控器因采用傳統(tǒng)方法制造，檢測落后，體積龐大， 功耗大，價格昂貴。企業(yè)用有害氣體濃度監(jiān)控系統(tǒng)，如果監(jiān)管中心的測控主機 距離檢測目標(biāo)很遠(yuǎn)，那么總線鋪設(shè)的距離會很大，硬件投入成本、運行成本和 維護成本都會很高。如果用于檢測的傳感器的分布比較分散，布線量就會成倍 增加，各類成本也會成倍增加。而基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有結(jié)構(gòu)簡 單，體積小，功耗低，成本低的特點。由此可以看出，開發(fā)設(shè)計一種基于ZigBee 的無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)，不僅可以靈活布置傳感器節(jié)點，直接或 者間接通過匯節(jié)點集中傳送空氣中的各種安全指標(biāo)信息到網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，再由網(wǎng) 絡(luò)協(xié)調(diào)器經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)上傳到監(jiān)管控制中心，能夠大大節(jié)省了總線鋪設(shè)，降 低硬件投入成本，從而來減小事故的發(fā)生。
ZigBee是一種新興的短距離、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本、低復(fù)雜度的 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，同時也是一種介于無線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙之間的技術(shù)提案。它主 要用于自動控制、傳感、監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域，是一種廉價的可供固定、便 攜或移動設(shè)備使用的無線連接技術(shù)。它有自己的無線電標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個微小的 傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式 通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個傳感器傳到另一個傳感器，所以它們的通信效率非 常高。最后，這些數(shù)據(jù)就可以進(jìn)入計算機用于分析或者被另外一種無線技術(shù)如 WiMax收集。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種提供實時、高速、可靠的數(shù)據(jù)無線傳輸服務(wù)，實現(xiàn) 各種氣體的自動監(jiān)控。
一種基于ZigBee技術(shù)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)，包括至少一個無線檢測節(jié)點和一個 主設(shè)備，其特征在于無線檢測節(jié)點由微處理器、無線通信模塊和數(shù)據(jù)采集器組 成，無線通信模塊和數(shù)據(jù)采集器分別與微處理器連接，微處理器可以根據(jù)接收 到的主設(shè)備的控制命令來控制數(shù)據(jù)采集器的工作狀態(tài)；無線檢測節(jié)點的工作狀 態(tài)分為工作和休眠兩種狀態(tài)。無線檢測節(jié)點通過所述的無線通信模塊將由數(shù)據(jù) 采集器采集到的測量數(shù)據(jù)傳送給所述的主設(shè)備，主設(shè)備由微處理器和無線通信 模塊組成，與PC機連接，無線通信模塊與微處理器連接，主設(shè)備通過無線通信 模塊接收所述無線檢測節(jié)點發(fā)送的測量數(shù)據(jù)，并將所述測量數(shù)據(jù)傳送到PC機， 由PC機進(jìn)一步處理。PC機上運行有數(shù)據(jù)管理軟件，為用戶提供氣體監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中 的數(shù)據(jù)訪問界面，并能夠通過主設(shè)備訪問ZigBee氣體監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中所有無線檢測 節(jié)點的測量數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)保存，為用戶提供數(shù)據(jù)查詢、分析或報表生成服務(wù)。 無線檢測節(jié)點與主設(shè)備共同組成ZigBee無線氣體監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。
所述的無線通信模塊是符合ZigBee無線通信標(biāo)準(zhǔn)的通信單元。 所述的數(shù)據(jù)采集器包括但不局限于用來檢測氣體濃度、溫度、濕度及壓力 的傳感器。
本發(fā)明系統(tǒng)在工作時，位于檢測區(qū)域的無線檢測節(jié)點將數(shù)據(jù)采集器采集的 測量數(shù)據(jù)，通過微處理器處理后，由無線通信模塊發(fā)送給主設(shè)備，主設(shè)備把接 收到的測量數(shù)據(jù)送到計算機上等待進(jìn)一步處理。同時主設(shè)備可以通過無線通信 模塊向無線檢測節(jié)點發(fā)送控制命令，控制無線檢測節(jié)點的工作狀態(tài)。無線檢測 節(jié)點上的微處理器通過無線通信模塊收到控制命令后控制數(shù)據(jù)采集器的工作狀 態(tài)為休眠或工作，這種按需激活的工作模式可以達(dá)到降低功耗的目的。
上述氣體監(jiān)控系統(tǒng)利用ZigBee無線技術(shù)不僅可以實現(xiàn)對各種氣體的濃度、 溫度、濕度及壓力的檢測，而且相對于傳統(tǒng)的有線監(jiān)控系統(tǒng)，具有低成本、低 功耗、便于安裝、應(yīng)用靈活等優(yōu)點，具備很強的擴展性。


圖1是基于ZigBee技術(shù)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)示意圖
圖2是本發(fā)明的無線檢測節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)圖
圖3是本發(fā)明主設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)圖
圖4是本發(fā)明的主設(shè)備的軟件流程圖
圖5是本發(fā)明的無線檢測節(jié)點的軟件流程圖
具體實施例方式
以下將參照附圖對本發(fā)明所述的基于ZigBee技術(shù)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和 運行步驟進(jìn)行詳細(xì)的描述。
如圖1所示，本發(fā)明所述的基于ZigBee技術(shù)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)中的無線監(jiān)控 網(wǎng)絡(luò)包括無線檢測節(jié)點1和主設(shè)備2組成。在監(jiān)控單個區(qū)域時，檢測節(jié)點1和 主設(shè)備2組成星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，無線檢測節(jié)點1自由加入或突出無線監(jiān)控網(wǎng) 絡(luò)，主設(shè)備2接收無線檢測節(jié)點1發(fā)送的數(shù)據(jù)并在液晶顯示器上實時顯示；用 戶可以直接操作主設(shè)備，也可以通過計算機軟件來控制主設(shè)備。監(jiān)控多區(qū)域時， 由總主設(shè)備2和各個區(qū)域內(nèi)主設(shè)備2和無線檢測節(jié)點1組成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，區(qū)域內(nèi) 主設(shè)備2可以充當(dāng)路由器節(jié)點，當(dāng)其他區(qū)域無線檢測節(jié)點1與主設(shè)備2太遠(yuǎn)超 出通信距離時，或者所在網(wǎng)路中斷時自動通過其他無線檢測節(jié)點1與主設(shè)備2 通信。
如圖2所示，無線檢測節(jié)點1的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為微處理器分別與存儲
器、數(shù)據(jù)采集器、無線通信模塊相連接，天線和無線通信模塊相連接。無線通
信模塊是符合ZigBee無線通信標(biāo)準(zhǔn)的通信單元，采用休眠模塊用來延長使用壽 命。數(shù)據(jù)采集器可選擇低功耗的傳感器，將采集到的數(shù)值經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸入微處理 器，經(jīng)處理后無線傳輸給主設(shè)備2。檢測節(jié)點采用兩節(jié)1. 5V的7號電池供電， 如果采樣周期為30秒，即使用休眠模塊，則無線檢測節(jié)點1的試用壽命在3年左右。
如圖3所示，主設(shè)備2的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為微處理器分別與存儲器、液 晶顯示器、無線通信模塊和PC機相連接，天線和無線通信模塊相連接。供電主 設(shè)備2在上電后建立PAN網(wǎng)絡(luò)，允許通訊范圍內(nèi)的無線檢測節(jié)1點加入組成無 形網(wǎng)絡(luò)。PC機上的管理系統(tǒng)軟件用于所有無線檢測節(jié)點1及主設(shè)備2的管理與 控制。主設(shè)備2采用不休眠模塊，由于與PC機相連，因此由PC機供電即可。 PC機上運行有數(shù)據(jù)管理軟件，為用戶提供氣體監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)訪問界面，并 能夠通過主設(shè)備(2)訪問ZigBee氣體監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中所有無線檢測節(jié)點1的測量 數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)保存，為用戶提供數(shù)據(jù)查詢、分析或報表生成服務(wù)。
如圖4所示，主設(shè)備2是無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的發(fā)起建立者，其軟件實現(xiàn)過程如下 主設(shè)備2在軟硬件初始化后開始建立新的PAN網(wǎng)絡(luò)，搜索頻道并顯示網(wǎng)絡(luò)ID號 和頻道號。然后進(jìn)入無線監(jiān)控狀態(tài)監(jiān)視空中無線信號，并開始循環(huán)處理過程 掃描是否有無線檢測節(jié)點1請求加入網(wǎng)絡(luò)，如有并確認(rèn)是無線檢測節(jié)點1，則允 許其加入網(wǎng)絡(luò)并分配16位網(wǎng)絡(luò)地址；同時接收己入網(wǎng)的無線檢測節(jié)點1發(fā)送的
測量數(shù)據(jù)，并經(jīng)數(shù)據(jù)處理發(fā)送到已連接的PC機；并檢測是否有PC機的控制命
令，如有則進(jìn)行控制命令的發(fā)送程序。
如圖5所示，無線檢測節(jié)點1的軟件流程圖的實現(xiàn)過程如下無線檢測節(jié)點
1經(jīng)初始化后發(fā)送加入主設(shè)備所建立的PAN網(wǎng)絡(luò)的信號，加入不成功繼續(xù)發(fā)送請 求加入網(wǎng)絡(luò)信號，直至加入成功。加入成功后則獲得主設(shè)備2分配的16位網(wǎng)絡(luò) 地址，之后進(jìn)入循環(huán)過程無線檢測節(jié)點1正常運行，讀取數(shù)據(jù)采集器的測量 數(shù)據(jù)后經(jīng)過處理通過無線通信模塊將測量數(shù)據(jù)發(fā)送到主設(shè)備2，發(fā)送完成后該無 線檢測節(jié)點轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)，等待由主設(shè)備2發(fā)來的開關(guān)控制命令被激活后進(jìn)入
正常運行狀態(tài)，再次讀取數(shù)據(jù)采集器的測量數(shù)據(jù)發(fā)送給主設(shè)備，然后再次轉(zhuǎn)入 休眠狀態(tài)，等待激活進(jìn)行下次的測量數(shù)據(jù)采集發(fā)送的過程。
權(quán)利要求
1. 一種氣體監(jiān)控系統(tǒng)，包括至少一個無線檢測節(jié)點(1)和一個主設(shè)備(2)，其特征在于所述無線檢測節(jié)點(1)具有微處理器、無線通信模塊和至少一個數(shù)據(jù)采集器組成，無線檢測節(jié)點(1)通過所述的無線通信模塊將由數(shù)據(jù)采集器采集到的測量數(shù)據(jù)傳送給所述的主設(shè)備(2)，所述主設(shè)備(2)具有無線通信模塊，與PC機連接，所述主設(shè)備(2)通過無線通信模塊接收所述無線檢測節(jié)點(1)發(fā)送的測量數(shù)據(jù)，并將所述測量數(shù)據(jù)傳送到PC機，其中所述的無線通信模塊是符合ZigBee無線通信標(biāo)準(zhǔn)的通信單元，所述的無線檢測節(jié)點(1)與主設(shè)備(2)共同組成ZigBee無線氣體監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。
2. 如權(quán)利要求1所述的氣體監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的無線通信模塊 分為休眠模塊和不休眠模塊，所述的休眠模塊用電池供電，必須通過長時間休 眠來減少電能消耗從而延長電池壽命；所述的不休眠模塊是指由穩(wěn)定的電源供 電，可持續(xù)工作而不需要休眠。
3. 如權(quán)利要求1所述的氣體監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集器可 以是用來檢測氣體濃度、溫度、濕度及壓力的傳感器。
4. 如權(quán)利要求1所述的氣體監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的PC機具有數(shù)據(jù) 管理軟件，用于保存所述測量數(shù)據(jù)為用戶提供所述測量數(shù)據(jù)訪問界面。
5. 如權(quán)利要求4所述的氣體監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)據(jù)管理軟件是指基于PC機平臺的應(yīng)用軟件，為用戶提供所述的測量數(shù)據(jù)訪問界面，并能夠 通過主設(shè)備(2)訪問ZigBee氣體監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中所有無線檢測節(jié)點的測量數(shù)據(jù)， 并將數(shù)據(jù)保存，為用戶提供數(shù)據(jù)查詢、分析或報表生成服務(wù)。
6. 如權(quán)利要求2所述的氣體監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的休眠是指設(shè)備 進(jìn)入低功耗的工作狀態(tài)從而延長電池的壽命，在這種工作狀態(tài)下，設(shè)備不執(zhí)行 操作和數(shù)據(jù)處理，不響應(yīng)除了喚醒事件之外的任何事件。
7. 如權(quán)利要求6所述的氣體監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的喚醒是指設(shè)備 響應(yīng)的特定事件，從休眠狀態(tài)恢復(fù)到正常運行狀態(tài)的過程，被喚醒之后設(shè)備重 新回到休眠之前的狀態(tài)繼續(xù)運行，可以正常接收、發(fā)送或處理數(shù)據(jù)，并且設(shè)備 內(nèi)部的數(shù)據(jù)不會因為休眠而丟失或更改。
8. 如權(quán)利要求1所述的氣體監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的測量數(shù)據(jù)是指能夠描述被測量物理量特征的一系列數(shù)值以及與這些數(shù)據(jù)對應(yīng)的單位。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于ZigBee技術(shù)的氣體監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)包括至少一個無線檢測節(jié)點和一個主設(shè)備，其特征在于無線檢測節(jié)點由微處理器、無線通信模塊和數(shù)據(jù)采集器組成；主設(shè)備由微處理器和無線通信模塊組成，并與計算機相連，可以將采集的數(shù)據(jù)送到計算機上。無線檢測節(jié)點和主設(shè)備均具有無線通訊模塊，能提供實時、高速、可靠的數(shù)據(jù)通信服務(wù)，完成對氣體的各項參數(shù)的收集處理。上述氣體監(jiān)控系統(tǒng)利用ZigBee無線技術(shù)不僅可以實現(xiàn)對各種氣體的濃度、溫度、濕度及壓力的檢測，而且相對于傳統(tǒng)的有線監(jiān)控系統(tǒng)，具有低成本、低功耗、便于安裝、應(yīng)用靈活等優(yōu)點，具備很強的擴展性。
文檔編號G08C17/02GK101545897SQ200910064700
公開日2009年9月30日 申請日期2009年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月14日
發(fā)明者雄 湯 申請人:雄 湯