室內(nèi)溫濕度 燃?xì)庑孤侗O(jiān)測(cè)系統(tǒng)

引言

隨著科技的進(jìn)步，人們的生活和工作環(huán)境得到了很大程度的改善，尤其是近年來物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)和快速發(fā)展，為向人們提供更加人性化的服務(wù)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

家庭安全一直是人們關(guān)注和擔(dān)心的話題。隨著社會(huì)的進(jìn)步和人民生活質(zhì)量的不斷提高，家庭安全問題卻愈發(fā)嚴(yán)重。近年來，我國(guó)各地煤氣中毒、爆炸事故時(shí)有發(fā)生，在日常生活中,使用燃?xì)獠划?dāng)造成燃?xì)庑孤?、人員中毒傷亡的事故更是屢見不鮮。尤其在冬季，人們?cè)谑覂?nèi)往往緊閉門窗，造成空氣不流通，室內(nèi)溫度過高，一旦室內(nèi)燃?xì)庑孤?，就極易達(dá)到爆炸極限，造成嚴(yán)重的事故。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

室內(nèi)溫濕度和燃?xì)庑孤?a href="/tags/監(jiān)測(cè)系統(tǒng)" target="_blank">監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由無線溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)、無線可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、一氧化碳濃度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼、智能接入網(wǎng)關(guān)等組成，是一種穩(wěn)定、可靠的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。無線溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)、無線可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、一氧化碳濃度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)能夠定期采集溫濕度、可燃?xì)怏w濃度和一氧化碳濃度數(shù)據(jù)，通過無線方式直接發(fā)送或通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼轉(zhuǎn)發(fā)到智能接入網(wǎng)關(guān)，然后由網(wǎng)關(guān)將無線數(shù)據(jù)重新打包成后臺(tái)服務(wù)器能夠識(shí)別的格式，發(fā)給后臺(tái)服務(wù)器。圖1所示是本系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)圖。

2系統(tǒng)組網(wǎng)方案

2.1無線局域網(wǎng)的組網(wǎng)

本系統(tǒng)的無線局域網(wǎng)的組網(wǎng)示意圖如圖2所示。該無線局域網(wǎng)由智能接入網(wǎng)關(guān)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼以及監(jiān)測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)三級(jí)設(shè)備組成。一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼與多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)之間為星狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，多個(gè)中繼之間將形成MESH網(wǎng)絡(luò)，其中智能接入網(wǎng)關(guān)以GPRS通訊方式實(shí)現(xiàn)無線局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的接入。該系統(tǒng)具有兩層網(wǎng)絡(luò)，即下層的星型網(wǎng)絡(luò)和上層的MESH網(wǎng)絡(luò)。

圖2無線局域網(wǎng)系統(tǒng)組網(wǎng)示意圖

2.2系統(tǒng)組網(wǎng)規(guī)模

借用蜂窩覆蓋中的計(jì)算方法，可以保守計(jì)算系統(tǒng)的組網(wǎng)規(guī)模。假設(shè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼的穩(wěn)定覆蓋半徑為50m，那么覆蓋一個(gè)500~600m半徑的圓形區(qū)域需要169~217個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼，每個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼可以接入64個(gè)終端節(jié)點(diǎn)，組網(wǎng)可以達(dá)到萬點(diǎn)級(jí)規(guī)模。

2.3網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性分析

同樣，根據(jù)蜂窩覆蓋的方法可進(jìn)行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼部署，500~600m半徑的圓形區(qū)域的全覆蓋所形成的MESH網(wǎng)絡(luò)深度小于等于8,每個(gè)無線中繼的鄰居同級(jí)節(jié)點(diǎn)小于等于6,每個(gè)無線中繼的數(shù)據(jù)傳輸速率保守設(shè)計(jì)為100Kb/s，那么，通過計(jì)算，以每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)包長(zhǎng)為50B，實(shí)時(shí)性要求為5min計(jì)算，該系統(tǒng)最多可以支持1562個(gè)點(diǎn)同時(shí)發(fā)生濃度過高告警。

3系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)

本系統(tǒng)可以附帶無線溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)、無線可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、一氧化碳濃度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)體積小巧，并可以任意擺放；可設(shè)定溫濕度、可燃?xì)怏w濃度、一氧化碳濃度的閾值，超過閾值則自動(dòng)報(bào)警；節(jié)點(diǎn)超低功耗設(shè)計(jì)，并可自動(dòng)負(fù)載均衡，內(nèi)置高性能鋰亞電池，可連續(xù)工作5年以上。

系統(tǒng)中的無線中繼、網(wǎng)關(guān)設(shè)備可以即插即用，無需布線施工，維護(hù)成本低；可自動(dòng)組網(wǎng)、自維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)連接可視，全天候穩(wěn)定運(yùn)行，無需人工干涉；整個(gè)系統(tǒng)具有良好的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展能力，可隨意增加和減少采集終端數(shù)量，同一網(wǎng)絡(luò)中可支持上千個(gè)終端節(jié)點(diǎn)；系統(tǒng)中的上位機(jī)軟件可以按分鐘設(shè)定信息采集時(shí)間間隔，能保證及時(shí)準(zhǔn)確的記錄、分析數(shù)據(jù)，而且系統(tǒng)穩(wěn)定可靠;采集終端組成的無線網(wǎng)絡(luò)可獨(dú)立工作，無需繳納任何信息費(fèi)。

3.1無線溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)

圖3所示是無線溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)的實(shí)物圖。該節(jié)點(diǎn)可以定時(shí)采集溫度、濕度，通過自組織WSN無線網(wǎng)絡(luò)，將采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)匯聚到無線網(wǎng)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)WSN網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的溫度、濕度的監(jiān)測(cè)。

圖3無線溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)物圖

無線溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)的技術(shù)參數(shù)如下：

無線頻段為433MHz；無線發(fā)射功率為20dBm；無線傳輸速率為115kb/s；無線傳輸距離(Freeair)為300m；天線傳輸阻抗為50Q；天線接口為SMA；供電方式為鋰電池；功耗為小于等于10mW。

功能特性：

測(cè)量范圍：溫度為-40~120C濕度為0~99%RH；測(cè)量精度:溫度為±0.4C濕度為±3%RH。

傳感器特性：

傳感器類型為1路溫度、1路濕度；接口數(shù)量為2路；外形尺寸為95mmX71mmX53mm；封裝材料為ABS；工作溫度為-10~50；工作濕度為0~99%RH。

3.2無線可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)

圖4所示是無線可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)LTS420的實(shí)物圖。該節(jié)點(diǎn)具有自身報(bào)警特點(diǎn)，可以滿足一般家庭目前使用的天然氣、煤氣、CO等監(jiān)測(cè)工作；產(chǎn)品內(nèi)還具無線傳輸模塊，可對(duì)數(shù)字信號(hào)、模擬信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)進(jìn)行采集，與無線智能接入網(wǎng)關(guān)共同組成MESH無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并可通過無線自組網(wǎng)方式將采集的數(shù)據(jù)匯集到網(wǎng)關(guān)。

無線可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)LTS420的技術(shù)指標(biāo)如下：

無線頻段為433MHz；無線發(fā)射功率為20dBm；無線傳輸速率為250kb/s；無線傳輸距離(Freeair)為150~250m；天線傳輸阻抗為50Q；天線接口為SMA；供電方式為外接電源；工作電壓為220VAC；功耗為正常監(jiān)視小于等于4.0W,報(bào)警狀態(tài)小于等于5.0W

監(jiān)測(cè)功能如下：

扌艮警方式：現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警；

扌艮警響度：＞70dB；

報(bào)警濃度：天然氣報(bào)警濃度大于500ppm,液化石油氣報(bào)警濃度大于500ppm,一氧化碳報(bào)警濃度大于50ppm；

響應(yīng)時(shí)間：0~30min；

傳感器類型：1路天然氣濃度，1路液化石油氣濃度，1路一氧化碳濃度；

接口數(shù)量：3路；

防護(hù)等級(jí)：IP65；

外形尺寸:120mmX72mmX42mm；

封裝材料：ABS；

工作溫度：-10~50。。；

工作濕度：0~90%RH。

3.3無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼

圖5所示為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼LTS821實(shí)物圖。在無線通訊范圍內(nèi)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼LTS821在上電后可立即加入網(wǎng)絡(luò)，建立數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆酚陕窂?；同時(shí)匯集無線傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)乃袛?shù)據(jù)信息，并通過自組織的2.4GHzMESH網(wǎng)絡(luò)上傳至無線網(wǎng)關(guān)。因此，該節(jié)點(diǎn)可以配合無線傳感器節(jié)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用到各種需要監(jiān)測(cè)的場(chǎng)所。該中繼節(jié)點(diǎn)的主要技術(shù)參數(shù)如下：

圖5無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼LTS821實(shí)物圖

無線頻段為2.4GHz/433MHz；無線發(fā)射功率為10~17dBm；無線傳輸速率為250kb/s；天線傳輸阻抗為50Q；天線接口為SMA；電源為外接電源；電壓為220V；電流小于300mA；工作溫度為-20~70。。；工作濕度為5%~95%RH；外形尺寸為152mmX86mmX42mm；外殼材質(zhì)為鋁材。

3.4智能接入網(wǎng)關(guān)

圖6所示是系統(tǒng)中的智能接入網(wǎng)關(guān)。智能接入網(wǎng)關(guān)是物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中的關(guān)鍵設(shè)備，融合了多種有線及無線的通訊技術(shù)和接口技術(shù)，通過它可實(shí)現(xiàn)各種終端設(shè)備的合法接入，并實(shí)現(xiàn)不同類型數(shù)據(jù)的聚合、處理、分發(fā)功能。智能接入網(wǎng)關(guān)可廣泛應(yīng)用于城市管理、安全管控、應(yīng)用管理、節(jié)能減排、工業(yè)監(jiān)控、交通、物流等領(lǐng)域。

圖6智能接入網(wǎng)關(guān)

系統(tǒng)中智能接入網(wǎng)關(guān)的技術(shù)參數(shù)如下：

無線頻段為2.4GHz；無線發(fā)射功率為17dBm；無線傳輸速率為250Kb/s；無線傳輸距離(Freeair)為300m；數(shù)據(jù)傳輸接口為USB接口、RJ45接口、GPRS傳輸接口、RS232接口、TD-LTE接口、WIFI接口；天線傳輸阻抗為50Q；天線接口為SMA。

智能接入網(wǎng)關(guān)具有GPS功能和授時(shí)功能。

監(jiān)測(cè)傳感器參數(shù)如下：

接口數(shù)量為6路;支持接口類型為RS232,RS485,0~10V，4~20mA，開關(guān)信號(hào)；電源為外接電源；工作電壓為9~36V；工作電流小于200mA；工作溫度為-20~70°C；工作濕度為5%~95%RH；外形尺寸為190mmX160mmX54mm；外殼材質(zhì)為鋁材。

4結(jié)語

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的室內(nèi)溫濕度和燃?xì)庑孤侗O(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)掌握室內(nèi)溫濕度狀況，并可在溫度過高、可燃?xì)怏w濃度或一氧化碳濃度過高時(shí)自動(dòng)報(bào)警，以便盡早發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)處理，為我們的家庭安全保駕護(hù)航。

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