低功耗城市沼气安全防爆系统的制作方法

本实用新型涉及一种低功耗城市沼气安全防爆系统。

背景技术：

目前能源和环境问题已经成为全球关注的焦点，沼气（主要成分为甲烷等可燃性气体）作为一种可存储可运输和可再生的能源和生产生活的重要原料，在国民经济中占有重要的地位。它给人们的生活带来了很大的便利。但近年来，沼气爆炸事件时有发生。 2014年2月20日，在武汉市发生沼气爆炸事件，路面被炸出一个约30余平方米的大坑，造成2人受轻微伤。2014年7月31日晚，台湾高雄市前镇区多条街道陆续发生可燃气体外泄，并引发多次大爆炸，波及数条街道。造成300多人伤亡。爆炸影响近3公里，威力如地震。沼气的安全问题成为人们关注的焦点。因此实现对甲烷气体实时检测和数据采集及监控处理，在保障居民的用气安全和人身安全，推动城市的基础设施安全建设方面具有十分重要的意义。甲烷是沼气的主要组成部分，本项目拟通过地下管线的甲烷含量检测，为沼气含量的检测、数据采集及监控处理提供切实可行的解决方案。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一套基于物联网的低功耗城市沼气安全防爆系统，具有低功耗、低成本、高性能等优点，实现城市的甲烷气体检测，对于城市的发展安全具有不可估量的效益。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种基于物联网的沼气浓度智能检测系统，其特征在于：包括依次连接的感知层、传输层及应用层；所述感知层包括微处理器及其相连接的信息采集传感模块、无线传感网络单元、供电模块；所述供电模块分别与所述微处理器、信息采集模块、无线传感网络单元连接；所述传输层包括信息传输模块；所述应用层包括客户服务端；所述无线传感网络单元与信息传输模块连接；所述信息传输模块分别与服务器及客户服务端连接。

在本实用新型一实施例中，所述信息采集传感模块包括红外甲烷传感器。

在本实用新型一实施例中，所述无线传感网络单元包括XBEE无线收发器。

在本实用新型一实施例中，所述供电模块包括依次连接的太阳能光伏电池板、能量采集模块、储能模块、电源管理模块；所述电源管理模块分别与所述微处理器、信息采集模块、无线传感网络单元连接。

在本实用新型一实施例中，所述信息传输模块包括信息传输微控制器及与其相连接的XBEE无线收发器、GPRS模块、电源；所电源还与XBEE无线收发器、GPRS模块连接。

在本实用新型一实施例中，所述客户服务端为PC端、web服务器、手机移动终端、服务器或数据库。

进一步的，所述服务器包括数据服务模块及与其相连接的数据发送模块及数据接收模块；所述数据服务模块与客户端连接；所述数据发送模块及数据接收模块分别与数据库相连接。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

（1）、摒弃传统人工检测甲烷耗时、效率低下的方案，对检测流程进行智能化管理；

（2）、基于物联网技术，实现PC、手机两种方式的查询与监测；

（3）、系统采用性能稳定的自建无线传感网络开发平台，此平台低功耗、性能稳定。

附图说明

图1是本实用新型总体实现框图。

图2是本实用新型感知层原理框图。

图3是本实用新型传输层原理框图。

图4是本实用应用层服务客户端。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

本实用新型提供一种基于物联网的沼气浓度智能检测系统，其包括依次连接的感知层、传输层及应用层；所述感知层包括微处理器及其相连接的信息采集传感模块、无线传感网络单元、供电模块；所述供电模块分别与所述微处理器、信息采集模块、无线传感网络单元连接；所述传输层包括信息传输模块；所述应用层包括客户服务端；所述无线传感网络单元与信息传输模块连接；所述信息传输模块分别与服务器及客户服务端连接。本实用新型总体实现框图参见图1。

感知层的微处理器、信息采集传感模块、无线传感网络单元、供电模块个数根据具体需求设定。

在本实用新型一实施例中，所述信息采集传感模块包括红外甲烷传感器。

在本实用新型一实施例中，所述无线传感网络单元包括XBEE无线收发器。

在本实用新型一实施例中，所述供电模块包括依次连接的太阳能光伏电池板、能量采集模块、储能模块、电源管理模块；所述电源管理模块分别与所述微处理器、信息采集模块、无线传感网络单元连接。本实用新型感知层原理框图参见图2。

在本实用新型一实施例中，所述信息传输模块包括信息传输微控制器及与其相连接的XBEE无线收发器、GPRS模块、电源；所电源还与XBEE无线收发器、GPRS模块连接。

在本实用新型一实施例中，所述客户服务端为PC端、web服务器、手机移动终端、服务器或数据库。

进一步的，所述服务器包括数据服务模块及与其相连接的数据发送模块及数据接收模块；所述数据服务模块与客户端连接；所述数据发送模块及数据接收模块分别与数据库相连接。

如图1所示，本实用新型的一种基于物联网的低功耗城市沼气安全防爆系统，感知层信息采集模块采集传感器信息通过XBEE收发器发送至传输层信息传输模块，传输层将信息通过GPRS移动网络转发至应用层客户服务端，客户服务端进行显示，具体如下：

1、感知层信息采集模块

电源模块：采用太阳能光伏电池板，太阳能光伏发电系统是利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统，有独立运行和并网运行两种方式。独立运行的光伏发电系统需要有蓄电池作为储能装置，主要用于无电网的边远地区和人口分散地区，整个系统造价很高；在有公共电网的地区，光伏发电系统与电网连接并网运行，省去蓄电池，不仅可以大幅度降低造价，而且具有更高的发电效率和更好的环保性能。电池板除了收集转换电能还具有储存电量功能，以便在夜间和阴雨天气给整个系统供电。

数据采集处理模块：采用红外甲烷传感器和TI公司的TM4C123G系列处理器，红外甲烷工作原理是：由于分子内振动,很多材料能吸收红外辐射， 对任何一种材料，它的吸收能力随波长（它的吸收光谱）变化而变化，不同材料有不同的吸收光谱，甲烷气体在光波波长3.33um处有一个极强的吸收峰，而杂质气体（水，co2，co）在此处无明显吸收，从而达到检测的目的。TM4C123G系列的单片机具有高集成度，低功耗，精密ADC性能等特点，适合系统的要求。

数据发送模块：采用XBEE收发器，选用XBEES2模块实现车载模块与站台模块间的通信。XBEE S2模块是按ZigBee协议设计的，可实现具有低成本、低功耗等特殊需求的无线传感器组网，在室内/城市环境中其通信距离为40m，可通过设置 PAN(Personal Area Network)ID控制网络规模，通过设置64位地址实现数据传输。

该感知层信息采集模块如图2所示。

2、传输层信息传输模块

信息传输模块主要通过集成了ARM的低功耗Cortex-M3内核的TM4C123G完成。在该系统中，通信模块采用两个线程处理数据。线程1：数据采集模块-通信传输模块线程：该通信链路发起后，数据采集模块作为主机，GPRS模块作为从机。在GPRS模块接收数据采集模块传来的数据，对数据进行缓存。线程2：GPRS通信模块-管理平台传输线程：GPRS模块收到数据后，将数据通过中国移动GPRS发送给服务端，向管理平台发起传输需求。此时GPRS通信模块是的主机端，服务端为从机端。通信模块在获得管理平台的应答后，向管理平台传输数据，否则进行等待。

一般情况下，该模块平时处于系统休眠状态，采用定时唤醒和中断唤醒的方式工作。中断唤醒由开盖报警和沼气报警模块发起，具有第一优先级；定时唤醒由设备本身确定。在设备被唤醒后，管理平台可以控制设备发送数据。

该传输层信息采集模块如图3所示。

3、应用层客户服务端

考虑到传感器节点处理能力及存储能力等限制, 需要及时将采集到的传感器获取的信息通过网络传送给服务器，服务器通过解析处理接收的数据 ，统一存储到相应的数据库，进行相应的管理, 并向用户提供所需的数据查询和通知服务。在客户端，用户可以使用移动终端等终端设备通过网络访问服务器，服务器端建立了相应的服务器用于保存统计信息，随时随地进行对相关的信息进行查看与修改。并且，采用服务器的方式，可以较好地适应无线传感器网络复杂多变的部署环境，便于扩展。

根据功能, 可以将本系统划分为数据层、业务层和表现层三层结构, 如图所示。该图基于无线传感器网络采集的数据作为数据库的数据源以及数据接入部分， 位于最底层；业务层是系统的核心业务部分， 负责业务逻辑实现，位于中间层， 是数据层与表现层的连接桥梁；表现层指用户交互界面， 位于最上层。

该应用层客户服务端如图4所示。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。