煤气报警与区域定位的安全管理系统的开发

发布时间：2017-08-18 16:18

  本文关键词：煤气报警与区域定位的安全管理系统的开发

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【摘要】：煤气泄漏一直是工业生产事故发生的重要原因之一,由于煤气泄漏经常发生突然,且气体无色,人员很容易误入泄漏区域,造成煤气中毒。煤气中的主要有毒成分是CO,高炉煤气中CO的含量大约在25%~30%,而当空气中的CO含量超过1%的时候便会威胁到生命安全。目前工业生产中普遍使用壁挂式煤气报警仪和随身携带的便携式煤气报警仪,但是其功能单一且监测范围较小,虽然现在出现了总线型的气体检测报警系统,但是由于实际生产区域比较大,有线的方式并不能适应大范围部署的情况。通过对现有煤气报警设备的分析,本文开发出一套基于无线传感器网络的煤气报警和区域定位功能的安全管理系统。本系统分为两层,第一层是基于ZigBee的传感器网络,主要负责浓度数据、人员位置数据采集以及设备控制信息传递,网络中分为网络协调器、路由器、固定功能终端和移动功能终端,其中固定功能终端连接受控电子设备,移动功能终端只负责收发数据以及报警提醒,路由器负责浓度报警和转发数据,而网络协调器是ZigBee网络的核心设备,首先负责ZigBee网络的建立与维护,同时通过串口与系统另一层连接,收发数据;系统另一层则是PC端监测软件,通过对串口转发的ZigBee传感器网络的数据分析归类存在数据库中,并将需要的数据显示在软件界面,对于设备控制则需要增加消息的封装,以实现对ZigBee网络中单个设备的控制。论文首先介绍了开发本系统关联的相关技术背景以及发展现状,并分析了现有煤气监测系统的弊端与限制性。其次提出了本套系统的总体设计架构,对相应重点技术的选择和使用提供了参考依据,并介绍了系统所需硬件的选用标准。然后介绍了ZigBee网络层的软件设计以及各类消息格式。再然后对PC端系统软件做了简单介绍并展示了部分核心代码。最后对本套系统进行了联调测试,验证了其在煤气报警、区域定位等功能的可行性与完整性。结果表明,本套系统能够实现预期的功能,具有一定的生产开发参考价值。
【关键词】：煤气报警 ZigBee 无线传感器网络 区域定位
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP311.52;TF088
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 课题研究的背景和意义10
• 1.2 煤气危害性与其监测技术现状10-11
• 1.3 无线传感器网络技术11-12
• 1.4 室内定位技术的发展及现状12
• 1.5 课题主要研究内容12-14
• 第二章 安全管理系统总体设计14-23
• 2.1 安全管理系统需求分析14-15
• 2.2 网络通信协议的选择15-16
• 2.3 网络拓扑结构的选择与组成16-19
• 2.3.1 网络拓扑结构的选择16-17
• 2.3.2 安全管理系统结构的组成17-19
• 2.4 安全管理系统的功能设计19-20
• 2.4.1 一氧化碳浓度采集与报警19
• 2.4.2 人员位置汇报19
• 2.4.3 高浓度区域预警19-20
• 2.4.4 电气设备远程控制20
• 2.5 一氧化碳传感器的选择20-21
• 2.6 ZigBee开发套件的选用21-23
• 第三章 ZigBee通信网络的软件设计23-37
• 3.1 网络协议栈简介23-28
• 3.1.1 ZigBee协议栈与Z-Stack简介23
• 3.1.2 ZigBee开发环境23-24
• 3.1.3 Z-Stack中的数据通信机制24-26
• 3.1.4 单播、组播和广播26-28
• 3.2 协调器的软件设计28-29
• 3.3 路由器的软件设计29-30
• 3.4 终端设备的软件设计30-33
• 3.4.1 固定功能终端的软件设计30-31
• 3.4.2 移动报警终端的软件设计31-33
• 3.5 系统消息格式33-37
• 3.5.1 CO浓度数据上传消息33
• 3.5.2 设备控制消息33-34
• 3.5.3 设备状态汇报消息34
• 3.5.4 位置请求消息34-35
• 3.5.5 位置汇报消息35
• 3.5.6 位置数据消息35-37
• 第四章 安全管理系统监测软件的设计与实现37-43
• 4.1 系统监测软件的总体结构37-38
• 4.2 开发语言与工具38
• 4.2.1 开发语言38
• 4.2.2 Visual Studio 201338
• 4.3 数据库设计38-39
• 4.4 监测软件组件核心程序39-41
• 4.4.1 浓度监测模板39-40
• 4.4.2 人员管理模块40-41
• 4.5 系统监测软件面板41-43
• 第五章 系统性能测试与分析43-55
• 5.1 气体传感器灵敏度测试实验43-47
• 5.1.1 实验设备43
• 5.1.2 实验原料43
• 5.1.3 实验方法与步骤43-44
• 5.1.4 实验数据与分析44-47
• 5.2 多数据间隔发送测试47-49
• 5.2.1 实验设备47-48
• 5.2.2 实验方法与步骤48-49
• 5.2.3 实验数据与分析49
• 5.3 RSSI信号强度与距离的关系49-52
• 5.3.1 实验设备50
• 5.3.2 实验方法与步骤50
• 5.3.3 实验数据与分析50-52
• 5.4 ZigBee节点全向天线测试52-55
• 5.4.1 实验设备52
• 5.4.2 实验方法与步骤52-53
• 5.4.3 实验数据与分析53-55
• 结论55-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-61
• 附录1 ZigBee节点核心代码61-65
• 附录2 系统监测软件串口消息转发核心代码65-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文71

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本文编号：695520