CO气体报警器设计

CO气体报警器设计（通用6篇）

CO气体报警器设计 篇1

1前言

日常生活中,多数家庭都在使用燃气,随着生活水平的提高,家庭厨房设计都较为精致,通常会将燃气瓶、管道隐藏起来设计装修,比如将管道、液化气瓶隐藏灶台柜里面,一旦燃气有泄漏,会使燃气在一个狭小的空间中很快集聚,浓度增高,很容易造成爆炸和火灾的发生[1]。因此,家庭使用中燃气泄漏的检测和报警提示显得非常必要,本文设计了一个以单片机为核心,配合外围电路共同完成信号采集、声音报警的报警器,通过预设气体浓度,如果泄露的气体浓度超过预设浓度,报警装置将会报警,提高了用气的安全性,同时,该报警器价格低廉[2]。

2方案设计

在设计中,单片机是设计的中心,一方面接收传感器检测到的可燃气体浓度所对应的模拟电压信号,另一方面要对这一信号进行处理,控制报警、控制电路电路进行相应的操作。根据功能要求,硬件主要有传感器电路、单片机接口电路、声音报警控制电路三个部分构成[3,4,5],具体系统结构如下图11所示。

3硬件设计

1)气体传感器

MQ-2气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(Sn O2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时,传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。 使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-2气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高,对天然气和其他可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体,是一款适合多种应用的低成本传感器[6,7]。主要特点及应用:在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度;对液化气、丙烷、氢气的灵敏度较高;长寿命、低成本;简单的驱动电路即可;家庭用气体泄漏报警器;工业用可燃气体报警器;便携式气体检测器。适合用于对家庭燃气浓度进行探测,传感器仿真电路如图2所示。

2)A/D转换电路

ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、 双通道A/D转换芯片。可以适应一般的模拟量转换要求[8]。芯片的模拟电压输入在0~5V之间。转换时间为32μS,转换速度快且稳定性能强。芯片具有独立的使能输入,通过DI数据输入端,可以轻易地实现通道功能的选择[8]。A/D转换仿真电路如图2所示。

3)声音、灯光报警

当可燃气体浓度超过限定值时,扬声器发出鸣叫报警。仿真电路如图3所示,由三极管和扬声器构成。当实际检测浓度低于设定浓度时,三极管不导通,扬声器不工作。当实际检测浓度等于或超过设定浓度时,通过P2.2与单片机的连接从而引起电平的变化,P2.2为低电平,三极管导通,扬声器发出报警声音。

4)单片机接口电路

本文选用的打片机是STC89C52,是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器。设计的仿真电路图如图4所示。

4软件设计

1)主程序流程图

报警器主要右主程序、报警子程序A/D转换程序组成。报警器主程序流程图如图5所示。

2)源程序

5总结

本文针对家庭可燃气体使用过程中存在的问题,设计了一个可燃气体检测报警器,系统中使用MQ-2气体传感器检测气体浓度。以单片机为核心对报警器进行控制。通过实验仿真,当气体浓度超过设定浓度时,报警器立即做出报警提示。提高了燃气使用的安全性,能够满足实际应用的精确度要求。

CO气体报警器设计 篇2

1 工作流程

报警器由可燃气传感器、放大器、比较器、声光报警电路、电源电路五部分组成。其电路框图如图1。

燃气传感器将探测到的可燃气体信息变成电信号送到放大器, 电信号通过放大后得到一个有较大变化的电压并输入到电压比较器中与设定的参考电压进行比较, 比较器输出高电平或者低电平, 用此变化的高电压或低平来控制声光报警电路静止或工作。

2 工作原理

2.1

工作原理图如图2

2.2 M Q-5型可燃气体传感器工作原理

MQ-5型可燃气体传感器由气敏元件、测量电极和加热器构成 (见原理图中虚线框内电路) 。封装好的气敏元件引出6只针状引脚, 其排列如图3所示。

H.H引脚用于提供加热电流, A.A和B.B4个引脚用于信号取出。两个H引脚分别接电源正极和地, 两个A脚相连接, 两个B脚相连接。传感器预热完成后, 当检测到可燃气体时, 传感器的阻值迅速减小。

2.3 报警器电路工作原理

本电路采用集成运放LM358, A1运放于R3、R4、Rp1构成比较器电路。当电路通电, 传感器开始预热。如果可燃气体浓度正常时, 传感器阻值大, R1上的分压小, 此时μ-<μ+, A1输出高压平 (1脚) , V1导通, 绿色LED亮, 电路处于待测状态。如果可燃气体超标时, 传感器的电阻值下降, R1上的分压增加, 当μ->μ+时, A1翻转, 1脚输出低电平, V1截止, 绿色LED灭, V2导通, 红色LED亮, 蜂鸣器加上电压发出警报声。

A2、R7、C5、R8、R9构成延时电路, 防止报警器误动作。A2与其外围元件组成的电路实质也是个比较器。这是因为传感器需预5秒左右才能进入稳定的工作状态, 因此需对电路进入正常检测状态作5秒钟的延时。刚通电时, 电容C5上电压为0, A2的同相输端 (5脚) 电压低于反相输入端电压 (6脚) , A2 (7脚) 输出低电平。如果此时无可燃气体, 传感A、B间呈现很大电阻, R1上的分压很小, 比较器A1反相输入端为低电平, VD5导通, 使A12脚电压钳制在1.5V左右, A1不翻转, A11脚仍是高压。V1仍保持导通, LED继续亮。当C5上的电压达到2.5V时, A2翻转, A27脚输出高平, 黄色LED灯灭, 电路进入正常检测状态。S为检验按钮, 按下后, 报警器报警, 说明报警电路工作正常。

2.4 电源电路工作原理

电源电路主要有变压器、桥式整流电路、LM7805集成块组成, 其原理如图4。

经变压器将220V市电变换为9V交流电, 再通过VD1—VD4整流和C1、C2滤波, 送到LM7805 (1脚) , 经其变换, 从LM7805 (3脚) 输出5V直流电, 提供给传感器和报警电路使用。

3 注意事项

作为家庭使用, 本报警器主要用于检测厨房、洗浴间的可燃气体泄漏。

3.1 在使用时应放置在可燃气体, 易泄漏处。如煤气灶、燃气热水器旁。

3.2 定期按下S按钮, 检查报警器是否工作正常, 以防误报。

3.4 传感器使用寿命为3~5年, 超过期限应更换。

摘要：基于家庭日常的需要, 为防止可燃气体泄漏, 笔者设计了一款灵敏度高、简单可靠、体积小、价格便宜、方便使用的可燃气体报警电路。重点阐述了该电路的组成和工作原理。

关键词：可燃气体,比较器,报警器

参考文献

CO气体报警器设计 篇3

关键词：高压气体消防,技术方案,设计与实践

1 高压CO2气体消防系统概况

湖南中烟工业公司技术中心是长沙卷烟厂、常德卷烟厂两个国家级技术中心的整合, 是核心的技术部门。根据相关规范要求, 301号建筑物技术中心实验楼设计CO2高压自动气体灭火系统, 气体保护区分布在地下一层, 地上一层、二层、三层和第七层。气体保护区设计的房间有网络控制室、UPS电源间、低压配电室、中心档案室及药品暂存室 (1/2/3) 。自动气体灭火系统采用全淹没灭火方式。其中, 药品暂存室, 药品室 (1/2/3) 为一个独立单元气体灭火系统。网络控制室、UPS电源间、低压配电室、中心档案室为一套组合分配气体系统, 分4个防护区, 其中2个UPS电源间为一个防护区。其设计和安装符合有关国内设备制造、设计、施工标准及规范, 满足国家有关安全、环境保护等强制性标准要求。消防设备及专用材料均应通过中国消防产品质量监督检验中心检验。

2 高压CO2气体消防系统设计

根据国家设计规范和被保护房间的面积和容积, 高压CO2气体消防灭火系统形式、灭火设计浓度、喷放时间、抑制时间见高压CO2气体消防灭火系统参数设计表见表1。根据国家设计规范和被保护房间的面积和容积, 设计用量、储瓶数量泄压口面、喷头数量、主管径高压二氧化碳气体消防灭火系统参数设计表见表2。

3 系统设备和主材的选型

高压CO2气体消防灭火系统的独立单元系统和组合分配系统设备和主材选型 (品牌选用南消股份金枪鱼) 如下:独立单元系统设备和主材的选型见表3;组合分配系统设备和主材的选型见表4。

4 结语

湖南中烟工业公司技术中心建设工程301号建筑物技术中心实验楼高压CO2气体灭火系统, 从设计方案的设计、系统设备和主材的选型和施工验收全过程 (施工准备→系统组件检查→灭火剂贮存容器的安装→集流管的制作与安装→选择阀的安装→阀驱动装置的安装→灭火剂输送管道的安装、吹扫、试验和涂漆→喷嘴的安装→调试→验收) 取得了较好效果, 是高压CO2气体灭火系统设计与实施的一个典型案例, 同行可以借鉴。

参考文献

[1]GB 50016-2006建筑设计防火规范[S].

医用气体报警系统设计改进研究 篇4

随着我国医疗事业的发展, 集中供应与管理的医用气体系统越来越多地被大中型医院引进使用, 该系统的安全、有效运行直接关系到临床医疗安全、医疗质量, 在医院里具有非常重要的作用。

医用供气系统中极限参数和主要成分参数报警与监控非常重要, 它是各类医用气体供应系统中不可缺少的重要组成部分之一。国内外均在研究并提出控制标准, ISO 7396-1:2002《监控与报警系统》标准提出, 系统通过运行警报、紧急运行警报、紧急诊疗警报和信息信号以实现。运行警报用于就有关供给系统中一项或几项供给不足的情况, 通告技术专员以及时采取措施。紧急运行警报用于指示管道的不正常压力并要求技术专员立即处理。紧急诊疗警报用于指示管道的不正常压力, 并要求技术专员或诊疗专员立即处理。信息信号用于指示正常状态。

目前, 我国大部分医院使用的医用气体报警和监控装置较落后, 只有极限参数监控, 而无物性参数监控。且极限参数只有气体压力上下限控制, 没有制备气体设备工作状态监控。它是从工业气体控制演变而来, 主要采用电接点控制系统上下限压力状况, 由于氧气等气体是助燃物质, 是严禁使用电接点控制的 (电火花容易产生火灾) 。目前监控形式采用现场工作人员监控法, 无法实现实时监控、远程监控和报警。为了改变此种情况, 有必要现状进行改进, 在提高系统监测性能的同时能够进一步改善医用气体系统的使用性能, 为提高工程部的市场竞争力奠定基础。保证一个高质量和稳定的医用气体供应, 实现实时的信息化管理监控。可以提高医用气体实时监控及报警系统的精确度;实现系统的实时、远程监控及记录。

2 主要研究内容

2.1 技术原理

利用现代信息技术、网络传输技术, 可为医用气体实时监控及报警系统设计一个计算机管理平台。平台采用层次架构、模块化配置, 具有很好的可扩展性和可伸缩性。平台可实现集成化的功能调用, 集成化的用户图形界面及集成化的模块间信息流。在集中的前提下, 又可以根据管理员的角色进行权限划分功能块, 其功能应包括故障管理、状态管理、安全管理等管理功能。

2.2 总体思路

将采集的各类信息与系统设定的各类极限参数和监测主要物性参数, 经计算机处理, 载波通讯网络, 向医院值班人员或管理人员手机发送实时监控和报警信息, 以提醒医院值班人员及时处理医院医疗集中供气系统存在的问题。

2.3 技术方案

针对现有医用气体报警系统的现状, 我们可以将传感器技术、现代信息技术、网络传输技术等应用于系统。可应用的传感器技术主要是采用压力变送器、欠压检测模块、压力露点变送器、各种气体成分检测变送器等主要检测元件来检测各种参数。

3 主要成果及技术创新点

针对现有医用气体报警系统的现状, 可以将传感器技术、现代信息技术、网络传输技术等应用于系统。可应用的传感器技术主要是采用压力变送器、欠压检测模块、压力露点变送器、各种气体成分检测变送器等主要检测元件来检测各种参数, 其工作原理分述如下。

3.1 压力变送器

压力变送器将所测的两种压力通入高、低两压力室 (一种是实测压力;另一种是真空或大气压力) , 作用在敏感元件的两侧隔离膜片上, 通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。当两侧压力不一致时, 致使测量膜片产生位移, 其位移量和压力差成正比, 故两侧电容量就不等, 通过振荡和解调环节, 转换成与压力成正比的信号。A/D转换器将解调器的电流转换成数字信号, 其值被微处理器用来判定输入压力值。其后进行传感器线性化、重置测量范围、工程单位换算、阻尼、开方、传感器微调等运算, 其信号叠加在4~20 m A信号的数字信号上送出。

3.2 欠压检测模块

欠压检测模块采用开环交流电流变送器, 该变送器用来检测气体制备设备的工作电流。该变送器采用了标准RS232/RS485总线接口, 用MODBUS通讯协议, 测量监控设备的工作电流, 因停电或设备故障而发生气体制备设备停止工作时, 检测模块将检查到异常信号, 经A/D转换后, 送给监控主机。

3.3 压力露点变送器

压力露点变送器采用抗冷凝薄膜式传感器结构, 该传感器由两部分组成:电容型聚合物薄膜测湿传感器及电阻型测温传感器。测湿传感器测量被测气体中的水分子, 从而测出相对湿度;测温传感器测量传感器表面温度, 仪器内置的微处理从这两个参数计算出露点。A/D转换器将解调器的电流转换成数字信号, 其值被微处理器用来判定气体含水量。其后进行传感器线性化、重置测量范围、工程单位换算、零点自动校准、增益回归等处理, 其信号叠加在4~20 m A信号的数字信号上送出。

3.4 各种气体成分检测变送器

包括氧气、二氧化碳等气体成分检测, 以氧气检测变送器为例, 其工作原理如下。氧气检测变送器采用迦伐尼电池式检测结构, 在密闭的容器内, 一面装有对氧气透过性良好、厚10~30μm聚四氟乙烯透气膜, 在其容器内侧紧贴着贵金属 (铂、黄金、银等) 阴电极, 在容器的另一面内侧或容器的空余部分形成阳极 (用铅、镉等离子化倾向大的金属) , 容器中填充电解质。当氧气通过电解质时在阴阳极发生氧化反应, 使阳极金属离子化, 释放出电子, 电流的大小与氧气的多少成正比。A/D转换器将解调器的电流转换成数字信号, 其值被微处理器用来判定输入氧气成分值。其后进行传感器线性化、重置测量范围、工程单位换算、阻尼、温度补偿、传感器微调等运算, 其信号叠加在4~20 m A信号的数字信号上送出。

经过以上不同的传感器检测, 并通过对医院医用集中供气系统设定各类极限参数和监测主要物性参数, 进行比对和处理, 检测出我们所需的各类参数, 这些参数包括两种: (1) 各类极限参数:各种气体的压力上下限值、制备气体设备工作状态等; (2) 主要物性参数:主要气体含量指标、正压空气含水量指标等。

4 应用、验证及前景

该课题以单位现有的研究为基础, 通过对医用气体报警系统改进, 提高医用气体报警系统灵敏度、精确度, 降低事故发生率, 满足新形式下客户的需求, 提高产品的品质和市场竞争力。

5 结语

5.1 获得的主要结论

(1) 可以提高医用气体实时监控及报警系统的灵敏度、精确度; (2) 实现系统的实时、远程监控及记录; (3) 方便操作人员、管理人员及时发现和处理问题, 保障医用气体系统的安全运行。

5.2 今后的研究方向

结合目前的工作, 今后的研究方向是进一步提高医用系统报警系统的灵敏度、精确度, 进一步提高系统的实时、远程监控及记录的稳定性。

摘要：对现有医用报警系统的现状进行分析, 得出对报警系统进行改进的方法;从技术原理、总体思路、技术方案和技术创新点进行分析, 进而提高了医用报警系统的灵敏度、精确度;实现系统的实时、远程监控及记录;同时方便操作人员、管理人员及时发现和处理问题, 保障医用气体系统的安全运行。

关键词：医用气体,报警系统,改进

参考文献

[1]许世宏, 谢京启, 张文才, 等.医院医用气体监测与报警系统的可行性分析[J].医疗装备, 2014, 27 (11) :11-12.

CO气体报警器设计 篇5

下面以GB50493-2009为设计依据,介绍石化装置中可燃和有毒气体检测设计。

1 检测器的选型

1.1 可燃气体及其检测

石化装置中存在的常见的可燃气体为烃类可燃气体和氢气。烃类可燃气体可选用催化燃烧型和红外气体检(探)测器,氢气的检测可选用热传导型检(探)测器或半导体型检(探)测器或专用的催化燃烧型氢气检(探)测器,因为一般检测可燃气体的催化燃烧方式的检(探)测器对氢气有引爆性。

1.2 有毒气体及其检测

与可燃气体燃烧爆炸事故相比,有毒有害气体事故还没有受到人们的足够重视,在国家标准未实行之前,设计单位普遍采用的SH3063-1999规范中的有毒气体系包括硫化氢、氰化氢、氯气、一氧化碳、丙烯腈、环氧乙烷、氯乙烯。在GB50493-2009规范中有毒气体的范围是《高毒物品目录》(2003年版)中确定的31种气体和蒸气(不包括粉尘类、烟类和焦炉逸散物),常见的有:二氧化氮、硫化氢、苯、氰化氢、氨、氯气、一氧化碳、丙烯腈、氯乙烯、光气(碳酰氯)等。

石化装置中常见的有毒气体有硫化氢、氯气、氨气及苯等。按GB50493-2009,对氨气和苯蒸汽都要进行有毒气体的检测而不是作为可燃气体。硫化氢、氯气、氨气检测可选用电化学型或半导体型检(探)测器;经特殊处理的金属氧化物半导体(MOS)传感器,具有无货架寿命,无交叉反应,选择性好,使用寿命长的特点,寿命一般在3～4年,但现场断电时,需对探头进行保护,否则易受环境湿度影响,造成探头寿命缩短。电化学传感器工艺成熟,价格适中,受环境湿度影响小,但电化学特定气体传感器容易中毒,易被高浓度待测物质损坏,需经常校准,寿命相对短一些(寿命取决于其中电解液的干涸,所以如果长时间不用,将其密封放在较低温度的环境中可以延长一定的使用寿命),一般在1～3年。苯蒸汽可选用半导体型或光致电离型检(探)测器。从现在的现场使用情况看,优选光致电离检测器(PID)。

总之,各种类型的检测器有各自的优点和缺点,有毒气体检(探)测器的选用更应综合考虑气体的物性、腐蚀性、检(探)测器的适应性、稳定性、可靠性、检测精度、环境特性及使用寿命等,并根据检(探)测器安装场所中的各种气体成份的交叉反应得的情况和制造厂提供的仪表抗交叉影响的性能,选择合适的检(探)测器。

2 检测器的配置与安装

可燃气体和有毒气体检(探)测器的检(探)测点,应根据气体的理化性质、释放源的特性、生产场地布置、地理条件、环境气候、操作巡检路线等条件,选择气体易于积累和便于采样检测之处布置。GB50493-2009中对各种场所都做了详尽的规定,此处不再赘述。

3 相关认证

GB50493-2009第3.0.6条规定,可燃气体检(探)测器必须取得国家指定机构或其授权检验单位的计量器具制造认证、防爆性能认证和消防认证。第3.0.7条规定国家法规有要求的有毒气体检(探)测器必须取得国家指定机构或其授权检验单位的计量器具制造认证。防爆型有毒气体检(探)测器还应经国家指定机构或其授权检验单位的防爆性能认证。需要说明的是,目前《强制检定的工作计量器具目录》中所列的必须经国家计量器具制造认证的有毒气体检测器只有二氧化硫、硫化氢、一氧化碳等几种产品。对于苯类有毒气体可放宽计量器具制造认证。

4 报警系统设置

GB50493-2009第3.0.9条“可燃气体和有毒气体检测报警系统宜独立设置”,以保证当生产过程控制系统出现故障或处于检修状态时,可燃气体及有毒气体检测报警系统应能保持正常工作状态。标准根据目前石油化工可燃气体和有毒气体检测报警系统设置现状和运行情况,以及结合石油化工装置生产规模和特点,在第5.3.2条确定指示报警设备设置几种方式,详见标准。现在大型炼厂可燃气体和有毒气体检测系统通常独立设置(简称GDS或GS)或与火灾检测报警系统合并设置,称为火气系统(简称F&GS)。把检测信号直接引入DCS的做法,往往在项目投资紧张时采用,此时I/O卡件应独立设置。

5 量程及报警值设定

可燃气体的测量范围:0～100%LEL;有毒气体的测量范围宜为0～300%MAC或0～300%;当现有检(探)测器的测量范围不能满足上述要求时,有毒气体的测量范围可为0～30%IDLH;其中,MAC、PC-STEL、IDLH定义均为GB50493-2009中浓度术语,浓度单位,mg/m3。实际使用中,常用有毒气体浓度用体积ppm表示,即一百万分气体总体积中,该气体所占的体积分数。两种单位换算关系为:

p为检测气体密度,单位:Kg/m3

在附录B中查到常见有毒气体的MAC、PC-STEL、IDLH及ρ等特性值,注意此处给出的密度为相对密度,在计算时应用相对密度乘以标准状态下空气的密度1.293。

GB50493-2009第3.0.2条“可燃气体和有毒气体的检测系统应采用两级报警。”SH3063-1999中未做强制要求。可燃气体一级报警(高限)设定值小于或等于25%LEL;二级报警(高高限)设定值小于或等于50%LEL。有毒气体的报警设定值宜小于或等于100%MAC/PC-STEL,当试验用标准气调制困难时,报警设定值可为200%MAC/PC-STEL以下。当现有检(探)测器的测量范围不能满足测量要求时,有毒气体的测量范围可为0～30%IDLH;有毒气体的报警(高高限)设定值不得超过10%IDLH值。标准中未明确表明有毒气体两级报警的设定值,通常在仪表制造技术可以达到情况下,将一级报警的设定值为小于或等于25%的测量范围;二级报警的设定值为小于或等于50%的测量范围。或根据国内外的使用经验设定。

6 结语

该标准统一规范了石化行业可燃气体和有毒气体检测报警设计水平,展现了国内石油化工行业可燃气体和有毒气体检测报警设计水平,具有可操作性。解决了石油化工建设项目的可燃气体和有毒气体检测报警系统的工程设计中存在的实际问题,方便了石油化工建设项目的可燃气体和有毒气体检测报警系统的工程设计。

摘要：根据国家标准规范,阐述石化装置中可燃气体和有毒气体报警系统的设计,并指出检测器选型及系统设置要注意的问题。

关键词：可燃气体,有毒气体,检测

参考文献

[1]GB50493-2009石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范.北京:

CO气体报警器设计 篇6

随着我国经济的不断发展, 社会城市化进程的不断加速, 城市所面临的不仅仅是发展机遇, 还有日趋复杂的社会结构和外部环境的变化。创建安全保障型城市, 构建安全保障型社会, 是实现我国发展的必然要求。吉林市是全国最大的化工基地之一, 为全国工业建设输送了大批的石油化工产品, 但同时也给城市安全带来了诸多不稳定因素, 化工厂出现泄露、爆炸等事故会严重威胁到城市的安全, 如早在1958-1982年, 曾发生汞泄漏事件, 2005年, 中国石油吉林石化双苯厂硝基苯精馏塔发生爆炸等等。因此为保障城市安全不受到威胁, 需要对化工厂生产厂区进行严格的监测, 以保证生产过程的可靠进行。针对此问题, 本文开发一种基于Zigbee无线传感器网络的化工厂有毒气体与可燃气体智能报警系统, 可实时检测有毒气体与可燃气体的浓度, 并实时上传数据, 以避免重大事故的发生。

2 系统总体结构

有毒气体与可燃气体智能报警终端系统由Zigbee数据采集节点、Zigbee汇聚节点和网关三部分组成, Zigbee数据采集节点和汇聚节点采用美国TI公司生产的CC2530芯片, 网关采用三星公司生产的高性价比Cortex A8处理器S5PV210, 其中数据采集节点负责采集各个监测点的可燃气体和有毒气体的浓度, 汇聚节点用来汇聚各个数据采集节点的数据, 并将其传送给网关, 网关负责将汇聚到的气体浓度信息, 通过WIFI无线网络数据传送给中央控制室。系统网络结构图如图1所示。

3 Zigbee网关设计

网关是Zigbee无线传感器网络中重要的组成部分, 它在整个网络中那个是惟一的, 所有子节点将数据发送到汇聚节点后, 转发给网关, 并由网关进行地址、协议转换后, 发送到局域网或互联网的中央管理系统;反之, 中央管理系统发送的指令也是通过网关进行地址、协议转换, 发送给Zigbee网络中的各个子节点。简而言之, 网关就是Zigbee无线传感器网络与中央管理系统进行数据交换的中转站。

本文采用三星公司生产的高性价比ARM处理器S5PV210作为网关的中央处理器, S5PV210采用了ARM Cortex TM-A8内核, ARM V7指令集, 主频为1GHZ, 采用64/32位内部总线结构, 具有32/32KB的数据/指令一级缓存, 512KB的二级缓存, 可以实现2000DMIPS (每秒运算2亿条指令集) 的高性能运算能力。片内集成USB host和UART等多种外围接口, 极大方便了网关系统的开发, 网关结构图如图2所示。

WIFI网卡芯片采用Marvell公司生产的88W8686芯片, 电路图如图3所示;网关系统电源有3.3V, 1.8V和1.1V三种, 其中1.8V为CPU的内核工作电压, 3.3V为CPU片内外设的工作电压及其他外围设备的工作电压, 1.1V为系统休眠是工作电压;系统采用Nand Flash作为系统的固态存储器, 容量为2G, 采用DDRAM作为系统的内存, 容量为512M。

4 子节点及汇聚节点设计

子节点与汇聚节点都采用TI公司生产的CC2530芯片, 在硬件电路方面, 与汇聚节点不同, 子节点具有气体采集模块。气体采集模块分为有毒气体检测模块与可燃气体检测模块, 分别采用电化学传感器和催化燃烧传感器。电化学传感器分别采用德国Solidsense公司生产的4SO2-20二氧化硫传感器、英国CITY公司生产的NH33E 5000 SE氨气传感器, 分别用于检测空气中的二氧化硫浓度和氨气的浓度。催化燃烧传感器分别选用日本FIGARO公司生产的TGS816、TGS203和TGS825, 分别检测空气中的一氧化碳浓度、甲烷浓度以及硫化氢气体的浓度。

CC2530是美国TI公司开发的用于2.4-GHzIEEE802.15.4、Zig Bee和RF4CE应用的一个真正的片上系统 (So C) 解决方案, 它能够以非常高的性价比建立强大的Zigbee网络节点, CC2530具有领先的RF收发器的优良性能, 片内集成标准的增强型8051CPU, 且片上资源丰富, 内部集成内可编程闪存, 8-KB RAM和许多其它强大的功能。CC2530有四种不同的闪存版本:CC2530F32/64/128/256, 分别具有32/64/128/256KB的闪存, 可根据项目的资源消耗选取相应的型号。此外, CC2530的另一个重要特点是具有超低功耗模式, 可最大限度的节约系统能源, 保证系统具有更长的工作时间。子节点与汇聚节点的电路图如图4所示。

5 结论

针对大型化工企业的安全生产与管理问题, 本文开发一种基于Zigbee无线传感器网络的有毒气体与可燃气体智能报警终端系统, 此系统通过在安全生产区放置多个基于CC2530无线传感器子节点, 通过子节点上的有毒气体检测传感器和可燃气体检测传感器, 实时将厂区内的有毒气体浓度和可燃气体的浓度传送给中央控制中心, 从而保障生产过称安全、可靠、高效的进行, 避免重大泄露事故的发生。如将本项目应用于实际生产过程中, 具有重大的现实意义。

参考文献

[1]张宇.气体传感器在监测化工空气污染中的应用[J].内蒙古石油化工, 2006 (7) :18-20.

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