基于Zigbee网络的气体监控系统的制作方法
基于Zigbee网络的气体监控系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于Zigbee网络的气体监控系统，包括：实时监测涉气设备的Zigbee无线监测节点，Zigbee无线监测节点包括气敏传感器模块和Zigbee终端模块；Zigbee协调器，与Zigbee无线监测节点建立无线通信连接以汇总Zigbee无线监测节点上传的采集数据；与Zigbee协调器通信连接的控制主机，包括数据存储器、故障报警器、安全继电器和微处理器，微处理器在分析得到采集数据中气体浓度超过预设的气体浓度阈值时触发故障报警器予以报警并控制安全继电器将对应的涉气设备予以关断。相较于现有技术，本发明基于Zigbee网络的气体监控系统，充分利用Zigbee的自组织网络特点以及安全继电器的自诊断和冗余容错功能，利用两者的优点结合对车间设备进行安全可靠控制，提高车间工作环境的安全性。
【专利说明】基于Zigbee网络的气体监控系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气体监控系统，特别是一种基于Zigbee网络的气体监控系统。
【背景技术】
[0002]在现代工业生产中，随着生产工艺的复杂，工厂车间的设备也日益繁复，工业生产的安全性也越来越受到重视，在工厂车间气体的生产和输送过程中，一旦系统中的某个设备工作不正常(失效)，如气体输送过程中发生气体泄漏，就有可能发生诸如工厂车间的火灾、爆炸等危险事件，会对人员、设备或环境造成灾难性后果。
[0003]基于工业生产中安全的重要性，许多企业采用了气体监控的措施。传统的气体监控措施大多以有线方式进行连接监控，这种监控方式存在很多弊端，如体积庞大、设备笨重、造价高昂、监控范围小、布线困难、维护工作量大等。同时，这种系统的抗干扰性也比较差，一旦某处线路出现问题可能导致整个监控系统无法工作，在很大程度上限制了监控系统的可靠性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种基于Zigbee网络的气体监控系统，用于解决现有技术中气体监控系统存在的体积庞大、设备笨重、造价高昂、监控范围小、布线困难、维护工作量大、可靠性差等问题。
[0005]为解决上述问题及其他问题，本发明提供一种基于Zigbee网络的气体监控系统，包括:Zigbee无线监测节点，对应设置在工业生产所涉及的涉气设备上、用于实时监测所述涉气设备的气体浓度；所述Zigbee无线监测节点包括气敏传感器模块和Zigbee终端模块；Zigbee协调器,通过所述Zigbee无线监测节点中的Zigbee终端模块而与所述Zigbee无线监测节点建立无线通信连接以汇总所述Zigbee无线监测节点上传的采集数据；与所述Zigbee协调器通信连接的控制主机，所述控制主机包括:用于存储所述采集数据的数据存储器；故障报警器；安全继电器；与所述数据存储器、所述故障报警器以及所述故障报警器连接，用于对从所述Zigbee协调器接收到的采集数据进行分析及作出相应控制的微处理器；所述微处理器在分析得到所述采集数据中气体浓度超过预设的气体浓度阈值时触发所述故障报警器予以报警并控制所述安全继电器将与发生气体泄漏所对应的涉气设备予以关断。
[0006]可选地，所述采集数据包括所述Zigbee无线监测节点采集的气体数据和与所述Zigbee无线监测节点对应的所述涉气设备的设备数据。
[0007]可选地，所述Zigbee终端模块包括:供电电源；收发天线；存储模块，与所述气敏传感器模块连接、用于存储所述采集数据；控制处理器，与所述气敏传感器模块、所述数据存储模块、以及所述收发天线连接，用于控制所述气敏传感器模块向所述涉气设备采集气体数据及调用所述存储模块中的采集数据以通过所述收发天线予以上传。
[0008]可选地，所述Zigbee协调器汇总所述Zigbee无线监测节点上传的采集数据，包括:所述Zigbee协调器以广播方式获取无线通信连接的所述Zigbee无线监测节点的采集数据，将获取的所述采集数据加入消息队列，从所述消息队列中读出所述采集数据并将其封装成数据包，并将所述数据包上传至所述控制主机。
[0009]可选地，所述Zigbee无线监测节点与所述Zigbee协调器之间的组网方式包括星型拓扑结构、树型拓扑结构或网状拓扑结构。
[0010]可选地，所述安全继电器包括:供电电源；控制单元，所述控制单元还具有第一控制器、第二控制器以及用于连接所述第一控制器和所述第二控制器的内部双通道；与所述微处理器连接的第一继电器和与被测的所述涉气设备的总开关连接的第二继电器；位于所述供电电源和所述第二继电器之间的控制通道；设在所述内部双通道上、与所述第一继电器对应的第一双控开关，所述第一继电器在所述微处理器分析得到所述采集数据中气体浓度超过预设的气体浓度阈值时控制所述第一双控开关断开；设在所述控制通道上、与所述第二继电器对应的第一瞬时双控开关、第二瞬时双控开关、第一延时开关、以及第二延时开关，其中，所述第一瞬时双控开关与所述第二瞬时双控开关串接在所述供电电源和所述第二继电器之间，所述第一延时开关和所述第二延时开关串接在所述供电电源和所述第二继电器之间，所述第一瞬时双控开关和所述第一延时开关与所述第一控制器对应，所述第二瞬时双控开关和所述第二延时开关与所述第二控制器对应，所述控制单元在所述第一双控开关断开后分别通过所述第一控制器和所述第二控制器控制所述第一瞬时双控开关和所述第二瞬时双控开关瞬时断开以及分别通过所述第一控制器和所述第二控制器控制所述第一延时开关和所述第二延时开关延时断开，从而触发所述第二继电器关断对应的所述涉气设备的总开关。
[0011]可选地，所述安全继电器还包括与所述控制单元连接的延迟单元，用于设定所述第一延时开关和所述第二延时开关相较于所述第一瞬时双控开关和所述第二瞬时双控开关的延迟时间。
[0012]可选地，所述安全继电器还包括与所述控制单元连接的复位开关，所述复位开关在被触发时向所述控制单元发送复位信号，以供所述控制单元根据所述复位信号控制第一瞬时双控开关、第二瞬时双控开关、第一延时开关、以及第二延时开关闭合，从而触发所述第二继电器开启对应的所述涉气设备的总开关。
[0013]可选地，所述安全继电器还包括:设在所述控制单元两端的内部发光二极管，作为所述安全继电器的电源开关；分别位于所述第二瞬时双控开关与所述第二继电器之间的一路双控制通道上的第一外部发光二极管、第二外部发光二极管以及位于所述第二延时开关与所述第二继电器之间的另一路单控制通道上的第三外部发光二极管，用于检测所述安全继电器的输出状态。
[0014]可选地，所述涉气设备包括:产生气体的气体产生设备、运输气体的气体运输设备、和/或利用气体的用气设备。
[0015]本发明提供的基于Zigbee网络的气体监控系统，充分利用Zigbee的低功耗、组网方便、可扩展性强、可靠性高的特点以及安全继电器的自诊断和冗余容错功能，利用两者的优点结合对涉气设备进行安全可靠控制，具有寿命长、使用方便、高可靠性、高安全性等优点，并且无需人为操作，可全方位监控车间的气体浓度，并在得到采集数据中气体浓度超过预设的气体浓度阈值时触发报警并利用安全继电器将与发生气体泄漏所对应的涉气设备予以关断，方便解决气体在生产和运输过程中的泄漏问题，提高工业生产环境的安全性。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明基于Zigbee的安全继电器气体监控系统一个实施方式中的结构示意图。
[0017]图2为图1中Zigbee无线监测节点的结构示意图。
[0018]图3为本发明基于Zigbee的安全继电器气体监控系统中控制主机的电路结构不意图。
【具体实施方式】
[0019]本发明的发明人发现:在现有技术中，气体监控系统多采用有线方式，存在的体积庞大、设备笨重、造价高昂、监控范围小、布线困难、维护工作量大、可靠性差等问题。因此，本发明的发明人对现有技术进行了改进，提供了基于Zigbee网络的气体监控系统，充分利用Zigbee的自组织网络特点以及安全继电器的自诊断和冗余容错功能，利用两者的优点结合对车间设备进行安全可靠控制，提高车间工作环境的安全性。
[0020]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0021]需要说明的是，本实施例中所提供的图式仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0022]以下将以一具体实例来详细说明本发明基于Zigbee网络的气体监控系统。
[0023]图1显示了本发明基于Zigbee网络的气体监控系统在一个实施方式中的结构示意图。需要说明的是，本发明的基于Zigbee网络的气体监控系统应用于现代工业生产的中，用于对工业生产所涉及的各个涉气设备的进行气体监控，以确保工业生产环境的安全性。如图1所示，本发明基于Zigbee网络的气体监控系统包括=Zigbee无线监测节点2、Zigbee协调器4、以及控制主机6。
[0024]Zigbee无线监测节点2对应设置在工业生产所涉及的各个涉气设备处，用于实时监测各个所述涉气设备的气体浓度。在本实施例中，所述涉气设备既可以是生产车间之内的也可以是生产车间之外的，包括如下的一种或多种:产生气体的气体产生设备、运输气体的气体运输设备(包括运输管道)、和/或利用气体的用气设备。Zigbee无线监测节点2的数量可根据所需监测的涉气设备而定，一般而言，一个涉气设备上可配置一个Zigbee无线监测节点2，但并不以此为限，若一个涉气设备具有需要监测的多个监测点，那么那一个涉气设备上的每一个监测点均可配置一个Zigbee无线监测节点2。在本实施例中，需特别说明的是，Zigbee无线监测节点2采用的是基于Zigbee技术的设备，多个Zigbee无线监测节点2可以通过Zigbee技术构成自组织无线通信网络。
[0025]进一步地，结合图1和图2，Zigbee无线监测节点2更可包括气敏传感器模块21和Zigbee终端模块23。气敏传感器模块21是一种检测特定气体(例如:一氧化碳CO气体、二氧化碳CO2气体、瓦斯气体、煤气、氟利昂等)的传感器，它将气体类型及其与浓度有关的信息转换成电信号根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息从而可以进行检测、监控。一般地，气敏传感器模块21大多是以金属氧化物半导体为基础材料，当被测气体在该半导体表面吸附后，可引起其电学特性(例如电导率)发生变化。Zigbee终端模块23更包括:供电电源231、收发天线233、存储模块235、以及控制处理器237。供电电源231用于提供电力支持，在实际应用中，供电电源可以为交流-直流转换器或蓄电池。收发天线233作为通信接口，用于收发数据。存储模块235与气敏传感器模块21连接、用于存储气敏传感器模块21及其对应的所述涉气设备的采集数据，在本实施例中，所述采集数据包括气敏传感器模块21采集的气体数据(例如气体类型和气体浓度等)和与气敏传感器模块21对应的所述涉气设备的设备数据。数据存储模块235可以为常规的存储芯片，优选地，例如为Flash芯片。控制处理器237与气敏传感器模块21、数据存储模块235、以及收发天线233连接，用于控制气敏传感器模块21向所述涉气设备采集气体数据及调用存储模块235中的采集数据以通过收发天线233向Zigbee协调器4予以上传。在本实施例中，控制处理器237可以是DSP芯片或单片机，例如CC2530处理器。
[0026]Zigbee协调器4通过各个Zigbee无线监测节点2中的Zigbee终端模块23而与各个Zigbee无线监测节点2建立无线通信连接,用于汇总无线通信连接的各个Zigbee无线监测节点上传的采集数据。在本实施例中，特别地，Zigbee协调器4与Zigbee无线监测节点2是通过Zigbee无线网络建立通信连接的。Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议，其具有如下优点:1、近距离；2、低复杂度、自组织；3、低功耗；4、低速率，采用Zigbee技术的产品可以在2.4GHz上提供250kbps (16个信道)，在915MHz上提供40kbps (10个信道)和在868MHz上提供20kbps (I个信道)的传输速率；5、短时延；6、低成本，Zigbee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本；7、高容量，Zigbee采用多种网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可以由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大型网络。另外，Zigbee技术具有自动组网功能，网络节点能够感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络。节点的增加或删除、位置的变化以及故障发生时，网络都能自我修复，并对网络拓扑结构进行相应的调整，无需人工干预，仍然能够保证整个系统正常工作。再有，Zigbee协调器4与各个Zigbee无线监测节点2之间的建立的Zigbee无线网络可以采用不同的组网方式，例如星型拓扑结构、树型拓扑结构或网状拓扑结构。
[0027]在本实施例中，各个Zigbee无线监测节点2需要将采集数据(监测点的气体数据和Zigbee无线监测节点对应的所述涉气设备的设备数据)上传至相应的Zigbee协调器4，BP,Zigbee协调器4会汇总无线通信连接的各个Zigbee无线监测节点2上传的采集数据。更进一步地，Zigbee协调器4还包括对汇总的采集数据进行协议转换后再上传至控制主机
6。在实际应用中，Zigbee协调器4汇总由Zigbee无线监测节点2上传的采集数据并对汇总的采集数据进行协议转换以供上传，包括=Zigbee协调器4以广播方式获取相连的Zigbee无线监测节点2上传的采集数据，将获取的所述采集数据加入网关消息队列，从所述网关消息队列中读出所述采集数据并将其封装成数据包，再将所述数据包上传至控制主机6。
[0028]控制主机6与Zigbee协调器4建立通信连接，用于对所述Zigbee协调器4进行管控、汇总由Zigbee协调器4上传的采集数据、对汇总的采集数据进行存储、分析、统计及处理、以及根据分析结果通过Zigbee协调器4向相应的Zigbee无线监测节点2发送管控指令。
[0029]在本实施例中，控制主机6更包括:数据存储器61、故障报警器63、安全继电器65、以及微处理器67。数据存储器61用于存储各个Zigbee协调器4上传的采集数据，数据存储器61可以为常规的存储芯片，优选地，例如为Flash芯片。微处理器67与安全继电器65、故障报警器63以及数据存储器61连接，用于对接收到的采集数据进行分析及作出相应控制。具体地，微处理器67对接收到的采集数据进行分析，若在分析得到有一个采集数据中的气体数据的气体浓度超过预设的针对该气体类型的气体浓度阈值时，则执行:向故障报警器63发送一报警控制信号以触发故障报警器63予以报警，并向安全继电器65发送控制指令以令安全继电器65将与发生气体泄漏所对应的涉气设备予以关断。
[0030]更进一步地，请参阅图3，其为本发明基于Zigbee的安全继电器气体监控系统中控制主机的电路结构示意图，其中，特别显示了控制主机6中安全继电器65的构成。如图3所示，控制主机6中安全继电器65包括如下各部件:
[0031]供电电源，用于提供电源支持，在本实施例中，所述供电源可采用例如24V的直流电源。
[0032]控制单元，在本实施例中，所述控制单元还具有第一控制器和第二控制器，其中，所述第一控制器和所述第二控制器相互连接并组成一内部双通道。双通道的作用是提高安全继电器的冗余容错功能，即当某一通道的输入出现故障时，安全继电器依然能够正常输出。
[0033]第一继电器K5,与微处理器67连接。
[0034]第二继电器K6，与被测的所述涉气设备的总开关连接。
[0035]位于所述供电电源和第二继电器K6之间的控制通道。
[0036]设在内部双通道上、与第一继电器K5对应的第一双控开关SI。
[0037]设在所述控制通道上、与第二继电器K6对应的第一瞬时双控开关K1、第二瞬时双控开关K2、第一延时开关K3、以及第二延时开关K4，其中，第一瞬时双控开关Kl与第二瞬时双控开关K2串接在所述供电电源和第二继电器K6之间构成一路双控制通道，第一延时开关K3和第二延时开关K4串接在所述供电电源和第二继电器K6之间构成另一路单控制通道，所述双控制通道和所述单控制通道相互并联。另外，第一瞬时双控开关Kl和第一延时开关K3与所述第一控制器对应，第二瞬时双控开关K2和第二延时开关K4与所述第二控制器对应，所述控制单元在第一双控开关SI断开后分别通过所述第一控制器和所述第二控制器控制第一瞬时双控开关Kl和第二瞬时双控开关K2瞬时断开以及分别通过所述第一控制器和所述第二控制器控制第一延时开关K3和第二延时开关K4延时断开。
[0038]如上所述，第一、第二延时开关K3、K4相对于第一、第二瞬时双控开关K1、K2是延时断开的，因此，在本发明中，还提供有实现延时功能的一延时单元Tl。延迟单元Tl与所述控制单元连接，用于设定第一、第二延时开关K3、K4相较于第一、第二瞬时双控开关K1、K2的延迟时间t，延时的作用是防止被测设备突然断电时产生的浪涌损坏安全继电器，所述延迟时间t可根据安全继电器65的电气要求或所述涉气设备的特性而自适应调整，另外，在实际应用中，延时单元TI可例如为一具有计时功能的控制设备，例如为电位器，在工作时，所述控制单元接收到第一双控开关断开的信号后，触发与所述控制单元连接的延时单元Tl进行计时，并在计时到达所预定的延时时间t后产生一触发回馈信息至所述控制单元，由所述控制单元据此分别通过所述第一控制器和所述第二控制器控制第一延时开关K3和第二延时开关K4延时断开。
[0039]再有，安全继电器65还包括与所述控制单元连接的复位开关S2，复位开关S3在被触发时向所述控制单元发送复位信号，以供所述控制单元根据所述复位信号控制第一瞬时双控开关K1、第二瞬时双控开关K2、第一延时开关K3、以及第二延时开关K4闭合，从而触发第二继电器K6开启对应的所述涉气设备的总开关。
[0040]还有，安全继电器65还可包括:设在所述控制单元两端的内部发光二极管D1，作为安全继电器65的电源开关。第一、第二外部发光二极管D2、D3,分别位于第二瞬时双控开关K2与第二继电器K6之间两路控制通道上，第三外部发光二极管D4位于第二延时开关K4与第二继电器K6之间的单控制通道上。上述的第一、第二外部发光二极管D2、D3和第三外部发光二极管D4是用于检测安全继电器65的输出状态。更进一步地，上述的第一、第二外部发光二极管D2、D3和第三外部发光二极管D4中的任一者还可分别串接一电阻。
[0041]针对图3所示的安全继电器65，其在实际应用的中的工作原理大致如下:
[0042]初始状态时，第一双控开关SI处于闭合状态，先按动一下复位开关S2 (复位开关S2先断开后闭合,即先给安全继电器65 —个复位信号),第一、第二瞬时双控开关K1、K2和第一、第二延时开关Κ3、Κ4立刻闭合,受控的所述涉气设备和安全继电器处于正常工作状态，所述涉气设备正常运转，当微处理器67接收到zigbee协调器4发送来的采集数据时，微处理器67进行数据对比，如在分析得到所述采集数据中气体浓度超过预设的气体浓度阈值时，触发与之连接的第一继电器Κ5，将第一双控开关SI予以断开，所述控制单元接收到第一双控开关SI发生断开的信号后对安全继电器内部的继电器进行操作，即分别通过所述第一控制器和所述第二控制器控制第一瞬时双控开关Kl和第二瞬时双控开关Κ2瞬时断开以及结合延迟单元Tl再分别通过所述第一控制器和所述第二控制器控制第一延时开关Κ3和第二延时开关Κ4延时断开，如此，触发第二继电器Κ6而使所述涉气设备总开关断开。后续，只有当再次按下复位开关S2 (先断后闭)时，安全继电器和被控的所述涉气设备才能正常工作。
[0043]以下从整体上对本发明基于Zigbee网络的气体监控系统在一个具体应用中的工作过程进行详细说明:由Zigbee无线监测节点2中的气敏传感器模块21采集对应的涉气设备的气体数据(例如气体类型和气体浓度等)，经过处理送入控制处理器237，控制处理器237将所读取的气体数据以及气敏传感器模块21对应的所述涉气设备的设备数据作为采集数据而通过收发天线233上传至Zigbee协调器4，Zigbee协调器4将汇总的数据通过串口通信把采集数据发送给控制主机6，控制主机6中的微处理器67对采集数据进行分析处理，如经过分析处理得到若在分析得到有一个采集数据中的气体数据的气体浓度超过预设的针对该气体类型的气体浓度阈值时，即触发故障报警器63进行报警并把采集数据传送至数据存储器61予以存储，同时，微处理器67向安全继电器65发送控制指令，令安全继电器65立即触发与发生气体泄漏所对应的涉气设备的总开关24予以关断，从而能够及时防止气体的再次泄漏。
[0044]需特别说明的是，使用气敏传感器模块21采集气体数据，如果对应的涉气设备没有处在运行状态(即没有进行气体的生产、运输工作)，可通过设置Zigbee无线监测节点2中的Zigbee终端模块23而令气敏传感器模块21不进行数据采集，使得Zigbee无线监测节点2只进行低功耗的信号扫描，以保证Zigbee网络的运行。
[0045]综上所述，本发明提供的基于Zigbee网络的气体监控系统，充分利用Zigbee的低功耗、组网方便、可扩展性强、可靠性高的特点以及安全继电器的自诊断和冗余容错功能，利用两者的优点结合对涉气设备进行安全可靠控制，具有寿命长、使用方便、高可靠性、高安全性等优点，并且无需人为操作，可全方位监控车间的气体浓度，并在得到采集数据中气体浓度超过预设的气体浓度阈值时触发报警并利用安全继电器将与发生气体泄漏所对应的涉气设备予以关断，方便解决气体在生产和运输过程中的泄漏问题，提高工业生产环境的安全性。
[0046]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种基于Zigbee网络的气体监控系统，其特征在于，包括: Zigbee无线监测节点，对应设置在工业生产所涉及的涉气设备上、用于实时监测所述涉气设备的气体浓度；所述Zigbee无线监测节点包括气敏传感器模块和Zigbee终端模块； Zigbee协调器,通过所述Zigbee无线监测节点中的Zigbee终端模块而与所述Zigbee无线监测节点建立无线通信连接以汇总所述Zigbee无线监测节点上传的采集数据； 与所述Zigbee协调器通信连接的控制主机，所述控制主机包括:用于存储所述采集数据的数据存储器；故障报警器；安全继电器；与所述数据存储器、所述故障报警器以及所述故障报警器连接，用于对从所述Zigbee协调器接收到的采集数据进行分析及作出相应控制的微处理器；所述微处理器在分析得到所述采集数据中气体浓度超过预设的气体浓度阈值时触发所述故障报警器予以报警并控制所述安全继电器将与发生气体泄漏所对应的涉气设备予以关断。
2.根据权利要求1所述的基于Zigbee网络的气体监控系统，其特征在于，所述采集数据包括所述Zigbee无线监测节点采集的气体数据和与所述Zigbee无线监测节点对应的所述涉气设备的设备数据。
3.根据权利要求2所述的基于Zigbee网络的气体监控系统，其特征在于，所述Zigbee终端模块包括: 供电电源； 收发天线； 存储模块，与所述气敏传感器模块连接、用于存储所述采集数据； 控制处理器，与所述气敏传感器模块、所述数据存储模块、以及所述收发天线连接，用于控制所述气敏传感器模块向所述涉气设备采集气体数据及调用所述存储模块中的采集数据以通过所述收发天线予以上传。
4.根据权利要求2所述的基于Zigbee网络的气体监控系统，其特征在于，所述Zigbee协调器汇总所述Zigbee无线监测节点上传的采集数据，包括:所述Zigbee协调器以广播方式获取无线通信连接的所述Zigbee无线监测节点的采集数据，将获取的所述采集数据加入消息队列，从所述消息队列中读出所述采集数据并将其封装成数据包，并将所述数据包上传至所述控制主机。
5.根据权利要求1所述的基于Zigbee网络的气体监控系统，其特征在于，所述Zigbee无线监测节点与所述Zigbee协调器之间的组网方式包括星型拓扑结构、树型拓扑结构或网状拓扑结构。
6.根据权利要求1所述的基于Zigbee网络的气体监控系统，其特征在于，所述安全继电器包括: 供电电源； 控制单元，所述控制单元还具有第一控制器、第二控制器以及用于连接所述第一控制器和所述第二控制器的内部双通道； 与所述微处理器连接的第一继电器和与被测的所述涉气设备的总开关连接的第二继电器； 位于所述供电电源和所述第二继电器之间的控制通道； 设在所述内部双通道上、与所述第一继电器对应的第一双控开关，所述第一继电器在所述微处理器分析得到所述采集数据中气体浓度超过预设的气体浓度阈值时控制所述第一双控开关断开； 设在所述控制通道上、与所述第二继电器对应的第一瞬时双控开关、第二瞬时双控开关、第一延时开关、以及第二延时开关，其中，所述第一瞬时双控开关与所述第二瞬时双控开关串接在所述供电电源和所述第二继电器之间，所述第一延时开关和所述第二延时开关串接在所述供电电源和所述第二继电器之间，所述第一瞬时双控开关和所述第一延时开关与所述第一控制器对应，所述第二瞬时双控开关和所述第二延时开关与所述第二控制器对应，所述控制单元在所述第一双控开关断开后分别通过所述第一控制器和所述第二控制器控制所述第一瞬时双控开关和所述第二瞬时双控开关瞬时断开以及分别通过所述第一控制器和所述第二控制器控制所述第一延时开关和所述第二延时开关延时断开，从而触发所述第二继电器关断对应的所述涉气设备的总开关。
7.根据权利要求6所述的基于Zigbee网络的气体监控系统，其特征在于，所述安全继电器还包括与所述控制单元连接的延迟单元，用于设定所述第一延时开关和所述第二延时开关相较于所述第一瞬时双控开关和所述第二瞬时双控开关的延迟时间。
8.根据权利要求6或7所述的基于Zigbee网络的气体监控系统，其特征在于，所述安全继电器还包括与所述控制单元连接的复位开关，所述复位开关在被触发时向所述控制单元发送复位信号，以供所述控制单元根据所述复位信号控制第一瞬时双控开关、第二瞬时双控开关、第一延时开关、以及第二延时开关闭合，从而触发所述第二继电器开启对应的所述涉气设备的总开关。
9.根据权利要求8所述的基于Zigbee网络的气体监控系统，其特征在于，所述安全继电器还包括: 设在所述控制单元两端的内部发光二极管，作为所述安全继电器的电源开关； 分别位于所述第二瞬时双控开关与所述第二继电器之间的一路双控制通道上的第一外部发光二极管、第二外部发光二极管以及位于所述第二延时开关与所述第二继电器之间的另一路单控制通道上的第三外部发光二极管，用于检测所述安全继电器的输出状态。
10.根据权利要求1所述的基于Zigbee网络的气体监控系统，其特征在于，所述涉气设备包括:产生气体的气体产生设备、运输气体的气体运输设备、和/或利用气体的用气设备。
【文档编号】G05B19/418GK104238475SQ201310242541
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月18日 优先权日:2013年6月18日
【发明者】金锋, 原燚, 沈宇怀, 徐子龙 申请人:上海辰竹仪表有限公司
【专利摘要】本发明涉及一种基于Zigbee网络的气体监控系统，包括：实时监测涉气设备的Zigbee无线监测节点，Zigbee无线监测节点包括气敏传感器模块和Zigbee终端模块；Zigbee协调器，与Zigbee无线监测节点建立无线通信连接以汇总Zigbee无线监测节点上传的采集数据；与Zigbee协调器通信连接的控制主机，包括数据存储器、故障报警器、安全继电器和微处理器，微处理器在分析得到采集数据中气体浓度超过预设的气体浓度阈值时触发故障报警器予以报警并控制安全继电器将对应的涉气设备予以关断。相较于现有技术，本发明基于Zigbee网络的气体监控系统，充分利用Zigbee的自组织网络特点以及安全继电器的自诊断和冗余容错功能，利用两者的优点结合对车间设备进行安全可靠控制，提高车间工作环境的安全性。
【专利说明】基于Zigbee网络的气体监控系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气体监控系统，特别是一种基于Zigbee网络的气体监控系统。
【背景技术】
[0002]在现代工业生产中，随着生产工艺的复杂，工厂车间的设备也日益繁复，工业生产的安全性也越来越受到重视，在工厂车间气体的生产和输送过程中，一旦系统中的某个设备工作不正常(失效)，如气体输送过程中发生气体泄漏，就有可能发生诸如工厂车间的火灾、爆炸等危险事件，会对人员、设备或环境造成灾难性后果。
[0003]基于工业生产中安全的重要性，许多企业采用了气体监控的措施。传统的气体监控措施大多以有线方式进行连接监控，这种监控方式存在很多弊端，如体积庞大、设备笨重、造价高昂、监控范围小、布线困难、维护工作量大等。同时，这种系统的抗干扰性也比较差，一旦某处线路出现问题可能导致整个监控系统无法工作，在很大程度上限制了监控系统的可靠性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种基于Zigbee网络的气体监控系统，用于解决现有技术中气体监控系统存在的体积庞大、设备笨重、造价高昂、监控范围小、布线困难、维护工作量大、可靠性差等问题。
[0005]为解决上述问题及其他问题，本发明提供一种基于Zigbee网络的气体监控系统，包括:Zigbee无线监测节点，对应设置在工业生产所涉及的涉气设备上、用于实时监测所述涉气设备的气体浓度；所述Zigbee无线监测节点包括气敏传感器模块和Zigbee终端模块；Zigbee协调器,通过所述Zigbee无线监测节点中的Zigbee终端模块而与所述Zigbee无线监测节点建立无线通信连接以汇总所述Zigbee无线监测节点上传的采集数据；与所述Zigbee协调器通信连接的控制主机，所述控制主机包括:用于存储所述采集数据的数据存储器；故障报警器；安全继电器；与所述数据存储器、所述故障报警器以及所述故障报警器连接，用于对从所述Zigbee协调器接收到的采集数据进行分析及作出相应控制的微处理器；所述微处理器在分析得到所述采集数据中气体浓度超过预设的气体浓度阈值时触发所述故障报警器予以报警并控制所述安全继电器将与发生气体泄漏所对应的涉气设备予以关断。
[0006]可选地，所述采集数据包括所述Zigbee无线监测节点采集的气体数据和与所述Zigbee无线监测节点对应的所述涉气设备的设备数据。
[0007]可选地，所述Zigbee终端模块包括:供电电源；收发天线；存储模块，与所述气敏传感器模块连接、用于存储所述采集数据；控制处理器，与所述气敏传感器模块、所述数据存储模块、以及所述收发天线连接，用于控制所述气敏传感器模块向所述涉气设备采集气体数据及调用所述存储模块中的采集数据以通过所述收发天线予以上传。
[0008]可选地，所述Zigbee协调器汇总所述Zigbee无线监测节点上传的采集数据，包括:所述Zigbee协调器以广播方式获取无线通信连接的所述Zigbee无线监测节点的采集数据，将获取的所述采集数据加入消息队列，从所述消息队列中读出所述采集数据并将其封装成数据包，并将所述数据包上传至所述控制主机。
[0009]可选地，所述Zigbee无线监测节点与所述Zigbee协调器之间的组网方式包括星型拓扑结构、树型拓扑结构或网状拓扑结构。
[0010]可选地，所述安全继电器包括:供电电源；控制单元，所述控制单元还具有第一控制器、第二控制器以及用于连接所述第一控制器和所述第二控制器的内部双通道；与所述微处理器连接的第一继电器和与被测的所述涉气设备的总开关连接的第二继电器；位于所述供电电源和所述第二继电器之间的控制通道；设在所述内部双通道上、与所述第一继电器对应的第一双控开关，所述第一继电器在所述微处理器分析得到所述采集数据中气体浓度超过预设的气体浓度阈值时控制所述第一双控开关断开；设在所述控制通道上、与所述第二继电器对应的第一瞬时双控开关、第二瞬时双控开关、第一延时开关、以及第二延时开关，其中，所述第一瞬时双控开关与所述第二瞬时双控开关串接在所述供电电源和所述第二继电器之间，所述第一延时开关和所述第二延时开关串接在所述供电电源和所述第二继电器之间，所述第一瞬时双控开关和所述第一延时开关与所述第一控制器对应，所述第二瞬时双控开关和所述第二延时开关与所述第二控制器对应，所述控制单元在所述第一双控开关断开后分别通过所述第一控制器和所述第二控制器控制所述第一瞬时双控开关和所述第二瞬时双控开关瞬时断开以及分别通过所述第一控制器和所述第二控制器控制所述第一延时开关和所述第二延时开关延时断开，从而触发所述第二继电器关断对应的所述涉气设备的总开关。
[0011]可选地，所述安全继电器还包括与所述控制单元连接的延迟单元，用于设定所述第一延时开关和所述第二延时开关相较于所述第一瞬时双控开关和所述第二瞬时双控开关的延迟时间。
[0012]可选地，所述安全继电器还包括与所述控制单元连接的复位开关，所述复位开关在被触发时向所述控制单元发送复位信号，以供所述控制单元根据所述复位信号控制第一瞬时双控开关、第二瞬时双控开关、第一延时开关、以及第二延时开关闭合，从而触发所述第二继电器开启对应的所述涉气设备的总开关。
[0013]可选地，所述安全继电器还包括:设在所述控制单元两端的内部发光二极管，作为所述安全继电器的电源开关；分别位于所述第二瞬时双控开关与所述第二继电器之间的一路双控制通道上的第一外部发光二极管、第二外部发光二极管以及位于所述第二延时开关与所述第二继电器之间的另一路单控制通道上的第三外部发光二极管，用于检测所述安全继电器的输出状态。
[0014]可选地，所述涉气设备包括:产生气体的气体产生设备、运输气体的气体运输设备、和/或利用气体的用气设备。
[0015]本发明提供的基于Zigbee网络的气体监控系统，充分利用Zigbee的低功耗、组网方便、可扩展性强、可靠性高的特点以及安全继电器的自诊断和冗余容错功能，利用两者的优点结合对涉气设备进行安全可靠控制，具有寿命长、使用方便、高可靠性、高安全性等优点，并且无需人为操作，可全方位监控车间的气体浓度，并在得到采集数据中气体浓度超过预设的气体浓度阈值时触发报警并利用安全继电器将与发生气体泄漏所对应的涉气设备予以关断，方便解决气体在生产和运输过程中的泄漏问题，提高工业生产环境的安全性。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明基于Zigbee的安全继电器气体监控系统一个实施方式中的结构示意图。
[0017]图2为图1中Zigbee无线监测节点的结构示意图。
[0018]图3为本发明基于Zigbee的安全继电器气体监控系统中控制主机的电路结构不意图。
【具体实施方式】
[0019]本发明的发明人发现:在现有技术中，气体监控系统多采用有线方式，存在的体积庞大、设备笨重、造价高昂、监控范围小、布线困难、维护工作量大、可靠性差等问题。因此，本发明的发明人对现有技术进行了改进，提供了基于Zigbee网络的气体监控系统，充分利用Zigbee的自组织网络特点以及安全继电器的自诊断和冗余容错功能，利用两者的优点结合对车间设备进行安全可靠控制，提高车间工作环境的安全性。
[0020]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0021]需要说明的是，本实施例中所提供的图式仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0022]以下将以一具体实例来详细说明本发明基于Zigbee网络的气体监控系统。
[0023]图1显示了本发明基于Zigbee网络的气体监控系统在一个实施方式中的结构示意图。需要说明的是，本发明的基于Zigbee网络的气体监控系统应用于现代工业生产的中，用于对工业生产所涉及的各个涉气设备的进行气体监控，以确保工业生产环境的安全性。如图1所示，本发明基于Zigbee网络的气体监控系统包括=Zigbee无线监测节点2、Zigbee协调器4、以及控制主机6。
[0024]Zigbee无线监测节点2对应设置在工业生产所涉及的各个涉气设备处，用于实时监测各个所述涉气设备的气体浓度。在本实施例中，所述涉气设备既可以是生产车间之内的也可以是生产车间之外的，包括如下的一种或多种:产生气体的气体产生设备、运输气体的气体运输设备(包括运输管道)、和/或利用气体的用气设备。Zigbee无线监测节点2的数量可根据所需监测的涉气设备而定，一般而言，一个涉气设备上可配置一个Zigbee无线监测节点2，但并不以此为限，若一个涉气设备具有需要监测的多个监测点，那么那一个涉气设备上的每一个监测点均可配置一个Zigbee无线监测节点2。在本实施例中，需特别说明的是，Zigbee无线监测节点2采用的是基于Zigbee技术的设备，多个Zigbee无线监测节点2可以通过Zigbee技术构成自组织无线通信网络。
[0025]进一步地，结合图1和图2，Zigbee无线监测节点2更可包括气敏传感器模块21和Zigbee终端模块23。气敏传感器模块21是一种检测特定气体(例如:一氧化碳CO气体、二氧化碳CO2气体、瓦斯气体、煤气、氟利昂等)的传感器，它将气体类型及其与浓度有关的信息转换成电信号根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息从而可以进行检测、监控。一般地，气敏传感器模块21大多是以金属氧化物半导体为基础材料，当被测气体在该半导体表面吸附后，可引起其电学特性(例如电导率)发生变化。Zigbee终端模块23更包括:供电电源231、收发天线233、存储模块235、以及控制处理器237。供电电源231用于提供电力支持，在实际应用中，供电电源可以为交流-直流转换器或蓄电池。收发天线233作为通信接口，用于收发数据。存储模块235与气敏传感器模块21连接、用于存储气敏传感器模块21及其对应的所述涉气设备的采集数据，在本实施例中，所述采集数据包括气敏传感器模块21采集的气体数据(例如气体类型和气体浓度等)和与气敏传感器模块21对应的所述涉气设备的设备数据。数据存储模块235可以为常规的存储芯片，优选地，例如为Flash芯片。控制处理器237与气敏传感器模块21、数据存储模块235、以及收发天线233连接，用于控制气敏传感器模块21向所述涉气设备采集气体数据及调用存储模块235中的采集数据以通过收发天线233向Zigbee协调器4予以上传。在本实施例中，控制处理器237可以是DSP芯片或单片机，例如CC2530处理器。
[0026]Zigbee协调器4通过各个Zigbee无线监测节点2中的Zigbee终端模块23而与各个Zigbee无线监测节点2建立无线通信连接,用于汇总无线通信连接的各个Zigbee无线监测节点上传的采集数据。在本实施例中，特别地，Zigbee协调器4与Zigbee无线监测节点2是通过Zigbee无线网络建立通信连接的。Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议，其具有如下优点:1、近距离；2、低复杂度、自组织；3、低功耗；4、低速率，采用Zigbee技术的产品可以在2.4GHz上提供250kbps (16个信道)，在915MHz上提供40kbps (10个信道)和在868MHz上提供20kbps (I个信道)的传输速率；5、短时延；6、低成本，Zigbee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本；7、高容量，Zigbee采用多种网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可以由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大型网络。另外，Zigbee技术具有自动组网功能，网络节点能够感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络。节点的增加或删除、位置的变化以及故障发生时，网络都能自我修复，并对网络拓扑结构进行相应的调整，无需人工干预，仍然能够保证整个系统正常工作。再有，Zigbee协调器4与各个Zigbee无线监测节点2之间的建立的Zigbee无线网络可以采用不同的组网方式，例如星型拓扑结构、树型拓扑结构或网状拓扑结构。
[0027]在本实施例中，各个Zigbee无线监测节点2需要将采集数据(监测点的气体数据和Zigbee无线监测节点对应的所述涉气设备的设备数据)上传至相应的Zigbee协调器4，BP,Zigbee协调器4会汇总无线通信连接的各个Zigbee无线监测节点2上传的采集数据。更进一步地，Zigbee协调器4还包括对汇总的采集数据进行协议转换后再上传至控制主机
6。在实际应用中，Zigbee协调器4汇总由Zigbee无线监测节点2上传的采集数据并对汇总的采集数据进行协议转换以供上传，包括=Zigbee协调器4以广播方式获取相连的Zigbee无线监测节点2上传的采集数据，将获取的所述采集数据加入网关消息队列，从所述网关消息队列中读出所述采集数据并将其封装成数据包，再将所述数据包上传至控制主机6。
[0028]控制主机6与Zigbee协调器4建立通信连接，用于对所述Zigbee协调器4进行管控、汇总由Zigbee协调器4上传的采集数据、对汇总的采集数据进行存储、分析、统计及处理、以及根据分析结果通过Zigbee协调器4向相应的Zigbee无线监测节点2发送管控指令。
[0029]在本实施例中，控制主机6更包括:数据存储器61、故障报警器63、安全继电器65、以及微处理器67。数据存储器61用于存储各个Zigbee协调器4上传的采集数据，数据存储器61可以为常规的存储芯片，优选地，例如为Flash芯片。微处理器67与安全继电器65、故障报警器63以及数据存储器61连接，用于对接收到的采集数据进行分析及作出相应控制。具体地，微处理器67对接收到的采集数据进行分析，若在分析得到有一个采集数据中的气体数据的气体浓度超过预设的针对该气体类型的气体浓度阈值时，则执行:向故障报警器63发送一报警控制信号以触发故障报警器63予以报警，并向安全继电器65发送控制指令以令安全继电器65将与发生气体泄漏所对应的涉气设备予以关断。
[0030]更进一步地，请参阅图3，其为本发明基于Zigbee的安全继电器气体监控系统中控制主机的电路结构示意图，其中，特别显示了控制主机6中安全继电器65的构成。如图3所示，控制主机6中安全继电器65包括如下各部件:
[0031]供电电源，用于提供电源支持，在本实施例中，所述供电源可采用例如24V的直流电源。
[0032]控制单元，在本实施例中，所述控制单元还具有第一控制器和第二控制器，其中，所述第一控制器和所述第二控制器相互连接并组成一内部双通道。双通道的作用是提高安全继电器的冗余容错功能，即当某一通道的输入出现故障时，安全继电器依然能够正常输出。
[0033]第一继电器K5,与微处理器67连接。
[0034]第二继电器K6，与被测的所述涉气设备的总开关连接。
[0035]位于所述供电电源和第二继电器K6之间的控制通道。
[0036]设在内部双通道上、与第一继电器K5对应的第一双控开关SI。
[0037]设在所述控制通道上、与第二继电器K6对应的第一瞬时双控开关K1、第二瞬时双控开关K2、第一延时开关K3、以及第二延时开关K4，其中，第一瞬时双控开关Kl与第二瞬时双控开关K2串接在所述供电电源和第二继电器K6之间构成一路双控制通道，第一延时开关K3和第二延时开关K4串接在所述供电电源和第二继电器K6之间构成另一路单控制通道，所述双控制通道和所述单控制通道相互并联。另外，第一瞬时双控开关Kl和第一延时开关K3与所述第一控制器对应，第二瞬时双控开关K2和第二延时开关K4与所述第二控制器对应，所述控制单元在第一双控开关SI断开后分别通过所述第一控制器和所述第二控制器控制第一瞬时双控开关Kl和第二瞬时双控开关K2瞬时断开以及分别通过所述第一控制器和所述第二控制器控制第一延时开关K3和第二延时开关K4延时断开。
[0038]如上所述，第一、第二延时开关K3、K4相对于第一、第二瞬时双控开关K1、K2是延时断开的，因此，在本发明中，还提供有实现延时功能的一延时单元Tl。延迟单元Tl与所述控制单元连接，用于设定第一、第二延时开关K3、K4相较于第一、第二瞬时双控开关K1、K2的延迟时间t，延时的作用是防止被测设备突然断电时产生的浪涌损坏安全继电器，所述延迟时间t可根据安全继电器65的电气要求或所述涉气设备的特性而自适应调整，另外，在实际应用中，延时单元TI可例如为一具有计时功能的控制设备，例如为电位器，在工作时，所述控制单元接收到第一双控开关断开的信号后，触发与所述控制单元连接的延时单元Tl进行计时，并在计时到达所预定的延时时间t后产生一触发回馈信息至所述控制单元，由所述控制单元据此分别通过所述第一控制器和所述第二控制器控制第一延时开关K3和第二延时开关K4延时断开。
[0039]再有，安全继电器65还包括与所述控制单元连接的复位开关S2，复位开关S3在被触发时向所述控制单元发送复位信号，以供所述控制单元根据所述复位信号控制第一瞬时双控开关K1、第二瞬时双控开关K2、第一延时开关K3、以及第二延时开关K4闭合，从而触发第二继电器K6开启对应的所述涉气设备的总开关。
[0040]还有，安全继电器65还可包括:设在所述控制单元两端的内部发光二极管D1，作为安全继电器65的电源开关。第一、第二外部发光二极管D2、D3,分别位于第二瞬时双控开关K2与第二继电器K6之间两路控制通道上，第三外部发光二极管D4位于第二延时开关K4与第二继电器K6之间的单控制通道上。上述的第一、第二外部发光二极管D2、D3和第三外部发光二极管D4是用于检测安全继电器65的输出状态。更进一步地，上述的第一、第二外部发光二极管D2、D3和第三外部发光二极管D4中的任一者还可分别串接一电阻。
[0041]针对图3所示的安全继电器65，其在实际应用的中的工作原理大致如下:
[0042]初始状态时，第一双控开关SI处于闭合状态，先按动一下复位开关S2 (复位开关S2先断开后闭合,即先给安全继电器65 —个复位信号),第一、第二瞬时双控开关K1、K2和第一、第二延时开关Κ3、Κ4立刻闭合,受控的所述涉气设备和安全继电器处于正常工作状态，所述涉气设备正常运转，当微处理器67接收到zigbee协调器4发送来的采集数据时，微处理器67进行数据对比，如在分析得到所述采集数据中气体浓度超过预设的气体浓度阈值时，触发与之连接的第一继电器Κ5，将第一双控开关SI予以断开，所述控制单元接收到第一双控开关SI发生断开的信号后对安全继电器内部的继电器进行操作，即分别通过所述第一控制器和所述第二控制器控制第一瞬时双控开关Kl和第二瞬时双控开关Κ2瞬时断开以及结合延迟单元Tl再分别通过所述第一控制器和所述第二控制器控制第一延时开关Κ3和第二延时开关Κ4延时断开，如此，触发第二继电器Κ6而使所述涉气设备总开关断开。后续，只有当再次按下复位开关S2 (先断后闭)时，安全继电器和被控的所述涉气设备才能正常工作。
[0043]以下从整体上对本发明基于Zigbee网络的气体监控系统在一个具体应用中的工作过程进行详细说明:由Zigbee无线监测节点2中的气敏传感器模块21采集对应的涉气设备的气体数据(例如气体类型和气体浓度等)，经过处理送入控制处理器237，控制处理器237将所读取的气体数据以及气敏传感器模块21对应的所述涉气设备的设备数据作为采集数据而通过收发天线233上传至Zigbee协调器4，Zigbee协调器4将汇总的数据通过串口通信把采集数据发送给控制主机6，控制主机6中的微处理器67对采集数据进行分析处理，如经过分析处理得到若在分析得到有一个采集数据中的气体数据的气体浓度超过预设的针对该气体类型的气体浓度阈值时，即触发故障报警器63进行报警并把采集数据传送至数据存储器61予以存储，同时，微处理器67向安全继电器65发送控制指令，令安全继电器65立即触发与发生气体泄漏所对应的涉气设备的总开关24予以关断，从而能够及时防止气体的再次泄漏。
[0044]需特别说明的是，使用气敏传感器模块21采集气体数据，如果对应的涉气设备没有处在运行状态(即没有进行气体的生产、运输工作)，可通过设置Zigbee无线监测节点2中的Zigbee终端模块23而令气敏传感器模块21不进行数据采集，使得Zigbee无线监测节点2只进行低功耗的信号扫描，以保证Zigbee网络的运行。
[0045]综上所述，本发明提供的基于Zigbee网络的气体监控系统，充分利用Zigbee的低功耗、组网方便、可扩展性强、可靠性高的特点以及安全继电器的自诊断和冗余容错功能，利用两者的优点结合对涉气设备进行安全可靠控制，具有寿命长、使用方便、高可靠性、高安全性等优点，并且无需人为操作，可全方位监控车间的气体浓度，并在得到采集数据中气体浓度超过预设的气体浓度阈值时触发报警并利用安全继电器将与发生气体泄漏所对应的涉气设备予以关断，方便解决气体在生产和运输过程中的泄漏问题，提高工业生产环境的安全性。
[0046]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种基于Zigbee网络的气体监控系统，其特征在于，包括: Zigbee无线监测节点，对应设置在工业生产所涉及的涉气设备上、用于实时监测所述涉气设备的气体浓度；所述Zigbee无线监测节点包括气敏传感器模块和Zigbee终端模块； Zigbee协调器,通过所述Zigbee无线监测节点中的Zigbee终端模块而与所述Zigbee无线监测节点建立无线通信连接以汇总所述Zigbee无线监测节点上传的采集数据； 与所述Zigbee协调器通信连接的控制主机，所述控制主机包括:用于存储所述采集数据的数据存储器；故障报警器；安全继电器；与所述数据存储器、所述故障报警器以及所述故障报警器连接，用于对从所述Zigbee协调器接收到的采集数据进行分析及作出相应控制的微处理器；所述微处理器在分析得到所述采集数据中气体浓度超过预设的气体浓度阈值时触发所述故障报警器予以报警并控制所述安全继电器将与发生气体泄漏所对应的涉气设备予以关断。
2.根据权利要求1所述的基于Zigbee网络的气体监控系统，其特征在于，所述采集数据包括所述Zigbee无线监测节点采集的气体数据和与所述Zigbee无线监测节点对应的所述涉气设备的设备数据。
3.根据权利要求2所述的基于Zigbee网络的气体监控系统，其特征在于，所述Zigbee终端模块包括: 供电电源； 收发天线； 存储模块，与所述气敏传感器模块连接、用于存储所述采集数据； 控制处理器，与所述气敏传感器模块、所述数据存储模块、以及所述收发天线连接，用于控制所述气敏传感器模块向所述涉气设备采集气体数据及调用所述存储模块中的采集数据以通过所述收发天线予以上传。
4.根据权利要求2所述的基于Zigbee网络的气体监控系统，其特征在于，所述Zigbee协调器汇总所述Zigbee无线监测节点上传的采集数据，包括:所述Zigbee协调器以广播方式获取无线通信连接的所述Zigbee无线监测节点的采集数据，将获取的所述采集数据加入消息队列，从所述消息队列中读出所述采集数据并将其封装成数据包，并将所述数据包上传至所述控制主机。
5.根据权利要求1所述的基于Zigbee网络的气体监控系统，其特征在于，所述Zigbee无线监测节点与所述Zigbee协调器之间的组网方式包括星型拓扑结构、树型拓扑结构或网状拓扑结构。
6.根据权利要求1所述的基于Zigbee网络的气体监控系统，其特征在于，所述安全继电器包括: 供电电源； 控制单元，所述控制单元还具有第一控制器、第二控制器以及用于连接所述第一控制器和所述第二控制器的内部双通道； 与所述微处理器连接的第一继电器和与被测的所述涉气设备的总开关连接的第二继电器； 位于所述供电电源和所述第二继电器之间的控制通道； 设在所述内部双通道上、与所述第一继电器对应的第一双控开关，所述第一继电器在所述微处理器分析得到所述采集数据中气体浓度超过预设的气体浓度阈值时控制所述第一双控开关断开； 设在所述控制通道上、与所述第二继电器对应的第一瞬时双控开关、第二瞬时双控开关、第一延时开关、以及第二延时开关，其中，所述第一瞬时双控开关与所述第二瞬时双控开关串接在所述供电电源和所述第二继电器之间，所述第一延时开关和所述第二延时开关串接在所述供电电源和所述第二继电器之间，所述第一瞬时双控开关和所述第一延时开关与所述第一控制器对应，所述第二瞬时双控开关和所述第二延时开关与所述第二控制器对应，所述控制单元在所述第一双控开关断开后分别通过所述第一控制器和所述第二控制器控制所述第一瞬时双控开关和所述第二瞬时双控开关瞬时断开以及分别通过所述第一控制器和所述第二控制器控制所述第一延时开关和所述第二延时开关延时断开，从而触发所述第二继电器关断对应的所述涉气设备的总开关。
7.根据权利要求6所述的基于Zigbee网络的气体监控系统，其特征在于，所述安全继电器还包括与所述控制单元连接的延迟单元，用于设定所述第一延时开关和所述第二延时开关相较于所述第一瞬时双控开关和所述第二瞬时双控开关的延迟时间。
8.根据权利要求6或7所述的基于Zigbee网络的气体监控系统，其特征在于，所述安全继电器还包括与所述控制单元连接的复位开关，所述复位开关在被触发时向所述控制单元发送复位信号，以供所述控制单元根据所述复位信号控制第一瞬时双控开关、第二瞬时双控开关、第一延时开关、以及第二延时开关闭合，从而触发所述第二继电器开启对应的所述涉气设备的总开关。
9.根据权利要求8所述的基于Zigbee网络的气体监控系统，其特征在于，所述安全继电器还包括: 设在所述控制单元两端的内部发光二极管，作为所述安全继电器的电源开关； 分别位于所述第二瞬时双控开关与所述第二继电器之间的一路双控制通道上的第一外部发光二极管、第二外部发光二极管以及位于所述第二延时开关与所述第二继电器之间的另一路单控制通道上的第三外部发光二极管，用于检测所述安全继电器的输出状态。
10.根据权利要求1所述的基于Zigbee网络的气体监控系统，其特征在于，所述涉气设备包括:产生气体的气体产生设备、运输气体的气体运输设备、和/或利用气体的用气设备。
【文档编号】G05B19/418GK104238475SQ201310242541
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月18日 优先权日:2013年6月18日
【发明者】金锋, 原燚, 沈宇怀, 徐子龙 申请人:上海辰竹仪表有限公司
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