基于无线传感网络的液氯管道泄漏监测系统设计

发布时间：2017-08-02 17:07

  本文关键词：基于无线传感网络的液氯管道泄漏监测系统设计

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【摘要】：随着国内外在传感器技术和无线通信技术上的迅速发展,无线传感网络在军事、医疗和工业领域得到了广泛的应用。由于其低成本、低功耗、自组网、分布式等特点,通过无线传感网络对危险化学品的泄漏进行监测成为了人们研究的热点。其中如何准确、及时的检测到环境中有害气体的浓度,并且快速地定位泄漏源的位置对于保证人民生命安全和后期抢修、维护有着重要的意义,同时这也是研究的难点所在。本课题针对液氯输送管道的架空结构以及液氯常温常压下汽化下沉的特点,设计了一种基于无线传感网络的液氯输送管道泄漏监测系统,对监测区域内的氯气浓度、风速、风向等信息进行采集、处理和传输,若检测到泄漏就发生报警。本系统由一个汇聚节点、若干个传感器节点以及监控机组成。采用了TI公司的CC2530芯片,该芯片结合了增强型8051微控制器和业界领先无线收发器,设计并完成了汇聚节点和传感节点的硬件电路。完成了基于Z-stack协议栈的星型网络拓扑结构的传输协议软件设计和监控机的软件设计。最后设计并制作了具有便携、防水、易布置等特点的节点装置。在监测区域内,各传感器节点通过星型网络拓扑结构的传输协议自动组网,将采集到的氯气浓度等信息传输到汇聚节点,汇聚节点通过RS-232接口将信息传输至监控机,监控机对数据进行显示、处理、存储,并进行泄漏报警。对该系统进行了实验验证及工业现场测试,结果表明：系统运行稳定、可靠,能够有效地检测到氯气泄漏并报警,满足工业现场的氯气泄漏监测要求。该系统具有灵活的部署方式、良好的扩展性和适用性,可被广泛地应用于危险化学品泄漏监测环境中。
【关键词】：液氯输送管道 无线传感 泄漏监测 系统设计
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ086;TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 课题的研究目的和意义12-13
• 1.2 国内外管道泄漏检测方法综述13-14
• 1.3 无线传感网络简介14-19
• 1.3.1 WSN技术14-15
• 1.3.2 WSN技术的发展历史及其现状15-18
• 1.3.3 WSN技术的特点18-19
• 1.3.4 WSN技术在危险化学品泄漏监测中的应用19
• 1.4 本文的主要研究内容19-22
• 第二章 系统的总体设计22-32
• 2.1 系统功能及指标22
• 2.2 无线数据传输22-24
• 2.2.1 ZigBee节点类型23
• 2.2.2 ZigBee网络拓扑结构23-24
• 2.3 系统设计方案24-26
• 2.4 主要器件选型26-31
• 2.4.1 无线传输模块选型26-28
• 2.4.2 氯气浓度传感器的选型28-29
• 2.4.3 风速传感器的选型29-30
• 2.4.4 风向传感器的选型30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 系统硬件设计32-44
• 3.1 系统硬件结构32-33
• 3.2 电源管理电路设计33-36
• 3.3 信号调理电路的设计36-41
• 3.3.1 氯气传感器信号调理电路36-38
• 3.3.2 风速信号调理电路38-39
• 3.3.3 风向传感器信号调理电路39-40
• 3.3.4 电池电量检测电路40-41
• 3.4 USB转串口电路设计41-42
• 3.5 节点装置设计42-43
• 3.6 本章小结43-44
• 第四章 系统软件设计44-58
• 4.1 系统软件结构44-45
• 4.2 汇聚节点的软件设计45-47
• 4.2.1 无线接收程序设计45-46
• 4.2.2 数据传输格式46-47
• 4.3 传感器节点软件设计47-51
• 4.3.1 无线发送程序设计47-49
• 4.3.2 数据采集程序设计49-51
• 4.4 低功耗软件设计51-52
• 4.5 监控计算机的软件设计52-56
• 4.5.1 实时状态显示53-54
• 4.5.2 泄漏报警记录查询54-55
• 4.5.3 数据曲线查询55-56
• 4.6 本章小结56-58
• 第五章 实验与分析58-68
• 5.1 系统测试58-61
• 5.1.1 低功耗测试58-60
• 5.1.2 系统标定60-61
• 5.2 模拟现场试验61-66
• 5.3 本章小结66-68
• 第六章 结论与展望68-70
• 6.1 结论68
• 6.2 展望68-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-76
• 作者及导师简介76-78
• 附件78-79

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