一种基于WIA-PA协议的无线气体探测系统的制作方法

wia-pa协议的无线气体探测系统，解决了系统处理速度慢以及不稳定的问题。
[0006]
一种基于wia-pa协议的无线气体探测系统，包括气体探测模块、无线连接气体探测模块的控制器模块以及智能监测平台，所述气体探测模块采用若干无线气体传感器采集气体浓度，所述无线气体传感器电性连接模拟数字转换电路，所述模拟数字转换电路电性连接微处理器，所述微处理器内设有wia-pa收发单元，用于连接wia-pa路由器单元，所述wia-pa路由器单元电性连接有控制阀门和抽风机，用于所述wia-pa路由器单元将设备管理信息和报文转发信息无线传输给控制器模块，所述wia-pa路由器单元自组网并自适应调频通信；
[0007]
所述控制器模块内部设有数据采集智能网关，所述数据采集智能网关通过设有的 wia-pa收发单元有线连接wia-pa路由器单元，所述数据采集智能网关内还设有数据微处理器，所述数据微处理器进行数据边缘计算分析及数据转换，所述数据微处理器电性连接有poe交换机单元，所述poe交换机单元采用poe工业以太网交换机，所述控制器模块外部的箱体面板上设有数显单元和手动控制单元，用于现场调节设置控制器模块参数；
[0008]
所述数据采集智能网关通过4g/5g网络、光纤网络有线或无线方式传到智能监测平台，所述智能监测平台采用工业物联网平台，所述工业物联网平台设有数据库的大数据分析、scada控制和泄露报警，且工业物联网平台前端设有工业隔离网闸，用于网络安全防护。
[0009]
优选的是，所述wia-pa路由器单元采用wia-pa网络结构的mesh路由器，用以连接多个逻辑上分开的网络。
[0010]
优选的是，所述wia-pa网络结构采用星型和网状相结合的两层网络拓扑结构，并采用tdma传输模式。
[0011]
优选的是，所述无线气体传感器和模拟数字转换电路之间连接有安全隔离电路。
[0012]
优选的是，所述气体探测模块内的微处理器电性连接有供电模块。
[0013]
优选的是，所述数据采集智能网关电性连接ups电源，ups电源电性连接市电或太阳能，用于给控制器模块中的数据采集智能网关、wia-pa路由器单元、poe交换机单元和数显单元供电。
[0014]
本实用新型具有以下有益效果：
[0015]
本实用新型设计的基于wia-pa协议的无线气体探测系统具有：1)低功耗：电量消耗低，有限电池下的续航时间大幅提升，2)低成本：大幅度降低通信模组成本，从而减少微观站的建设成本，3)组网灵活：整套系统通过wia-pa技术网络设备达到自组网能力，完全满足物联网技术要求，省去现场更换设备调试、设备信息与监控平台配对的工作，4)可靠性：wia-pa网络采用mesh路由技术，支持冗余路径，保证了网络可靠性，支持路径的健康检测，可实现自适应跳频通信，信号不会中断，5)实时性：wia-pa网络采用tdma模式，保证了通信的强实时性，缩短了通信时延；
[0016]
设计的无无线气体探测系统省去监测点的光缆铺设需求，并减少其他配套设施，整体施工费用大幅降低，监测布点灵活，不受光缆铺设限制，偏远地区、山区、沙漠戈壁地区等都可以布设；
[0017]
智能监测云平台管理和控制各类监测设备状态，存储监测设备的采集数据，提高石油石化、建筑、工业、环境、消防等行业气体监测实时性、灵敏性，最大限度降低行业风险
及提升预判能力。
附图说明
[0018]
图1是基于wia-pa协议的无线气体探测系统的流程原理图。
[0019]
图2是气体探测模块的结构流程图。
具体实施方式
[0020]
以下将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0021]
本实用新型的实施方式，参见图1-2，一种基于wia-pa协议的无线气体探测系统，包括气体探测模块、无线连接气体探测模块的控制器模块以及智能监测平台，气体探测模块采用若干无线气体传感器采集气体浓度，无线气体传感器电性连接模拟数字转换电路，无线气体传感器和模拟数字转换电路之间连接有安全隔离电路，模拟数字转换电路电性连接微处理器，微处理器内设有wia-pa收发单元，用于连接 wia-pa路由器单元，wia-pa路由器单元电性连接有控制阀门和抽风机，用于 wia-pa路由器单元将设备管理信息和报文转发信息无线传输给控制器模块， wia-pa路由器单元自组网并自适应调频通信，气体探测模块内的微处理器电性连接有供电模块。
[0022]
控制器模块内部设有数据采集智能网关，数据采集智能网关通过设有的wia-pa 收发单元有线连接wia-pa路由器单元，控制器模块的wia-pa路由器单元电性连接有巡检pad，用于对网络节点的巡检，发现有问题网络后，自动自组网和自适应调频完成网络问题的处理。数据采集智能网关内还设有数据微处理器，数据微处理器进行数据边缘计算分析及数据转换，数据微处理器电性连接有poe交换机单元， poe交换机单元采用poe工业以太网交换机，控制器模块外部的箱体面板上设有数显单元和手动控制单元，用于现场调节设置控制器模块参数；
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数据采集智能网关通过4g/5g网络、光纤网络有线或无线方式传到智能监测平台，智能监测平台采用工业物联网平台，工业物联网平台设有数据库的大数据分析、 scada控制和泄露报警，且工业物联网平台前端设有工业隔离网闸，用于网络安全防护。
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wia-pa路由器单元采用wia-pa网络结构的mesh路由器，用以连接多个逻辑上分开的网络，wia-pa网络结构采用星型和网状相结合的两层网络拓扑结构，并采用tdma传输模式。第一层是星型结构，由路由设备与现场设备或手持设备构成，路由设备承担簇首功能，起到物联数据自组网、跳频侦测功能，现场设备或手持设备承担气体探测及设备运行数据监测和调试。数据采集智能网关电性连接ups电源， ups电源电性连接市电或太阳能风光互补形式，用于给控制器模块中的数据采集智能网关、wia-pa路由器单元、poe交换机单元和数显单元供电。
[0025]
本系统由探测器(可选配报警器)、控制器、通信网络、监控平台、智能监测平台、移动端、网络安全设备组成，探测器安装到现场，实时探测可控范围内气体浓度，把探测值通过wia-pa通信协议网络传送到控制器，控制器中安装有专用数据微处理器，接收到探测信
号后上行至智能监测平台及智云管理平台，移动端不受地域及环境限制同步接收信息，同时便于现场巡检。探测器的量程为0％-100％lel。信息传输采用wia-pa通信协议支持自适应调频通信，保证恶劣环境的通信可靠性，采用区块链技术作为存储方式，提高了现有硬件存储设备的使用率，大幅降低存储硬件设备的投入，且能够更好的保护数据，便于数据分析及设备寿命监控。
[0026]
一种基于wia-pa协议的无线气体探测系统的方法，包括以下步骤：
[0027]
1)气体探测模块的无线气体传感器探测到气体后，信息传送到wia-pa路由器单元，路由器单元负责无线气体传感器的设备管理、报文转发等功能，经信息处理通过wia-pa收发单元发送到控制器模块，wia-pa路由器单元完成现场设备之间的自组网功能，并自适应调频通信，保证实时无缝传送探测信息；
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2)wia-pa路由器单元用于连接多个逻辑上分开的网络，所谓逻辑网络是代表一个单独的网络或者一个子网，当数据从一个子网传输到另一个子网时，通过 wia-pa路由器单元来完成，poe工业以太网交换机主要是应用于复杂的工业环境中的实时以太网数据传输，以太网在设计时，由于其采用载波侦听多路复用冲突检测 (csma/cd机制)，在复杂的工业环境中应用，其可靠性大大降低，从而导致以太网不能使用，poe工业以太网交换机采用存储转换交换方式，同时提高以太网通信速度，并且内置智能报警设计监控网络运行状况；
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3)数据采集智能网关接收现场设备信息，通过数据微处理器进行数据边缘计算分析及数据转换，wia-pa收发单元在线路拥塞或者个别现场设备网络不稳定的时候采取调频通信接收信息，通过4g/5g网络、光纤网络有线或无线方式传到智能监测平台，手动控制单元在控制器箱体面板上，作为应急处理及现场调节设置控制器参数；
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4)工业物联网平台与数据采集智能网关通过以太网连接，向数据采集智能网关发送数采命令，通过mqtt协议方式下发；
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5)当数据采集智能网关收到该命令后，数据采集智能网关就会通过wia-pa路由器单元对无线气体传感器、控制阀门和抽风机进行通信交互，并将网络报文和数据报文、健康报文等各类报文传递给数据采集智能网关，首先根据网络报文迅速建立wia-pa网络拓扑关系，网络报文解析示例如下表所示：
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之后接收具体的数据报文，拆解数据报文包头区分各类通信协议，对包括modbus (wia-pa)协议、hart(wia-pa)协议、dlt(wia-pa)协议、ai(wia-pa)协议、 di(wia-pa)协议、pi(wia-pa)协议等各类协议解析，数据报文示例如下表所示：
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6)数据采集智能网关将解析协议后得到的内容进行mqtt协议转换，根据工业物联网平台的指令将数据进行回传；
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7)工业物联网平台对各类数据进行协议解析、存储到数据库，大数据分析模块对存储到数据库的数据进行进一步处理。
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需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备
所固有的要素。
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尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。