基于多傳感器和ZigBee技術(shù)的智能沼氣池監(jiān)控系統(tǒng)

陳昊 朱軍 褚倩云

摘 要： 新能源沼氣被認(rèn)為是一種優(yōu)質(zhì)的可再生資源。監(jiān)管部門需要采取一種能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)并對(duì)數(shù)據(jù)及時(shí)處理的系統(tǒng)，以減少潛在危害，提高自動(dòng)化水平。本文設(shè)計(jì)了一種基于多傳感器和ZigBee技術(shù)的遠(yuǎn)程智能沼氣監(jiān)控系統(tǒng)，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)將傳感網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)發(fā)至云服務(wù)器，便于用戶實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)了沼氣池的智能化和信息化管理。

關(guān)鍵詞：多傳感器；無(wú)線傳輸；ZigBee技術(shù)；云服務(wù)器

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2163（2016）02-

An intelligent monitoring system for methane based on multi-sensor and ZigBee technology

CHEN Hao， ZHU Jun， CHU Qianyun

（ School of Electronic Information Engineering ，Anhui University， Hefei 230601， China ）

Abstract：Methane is regarded as a kind of superior and renewable resource. It is urgent for Regulators to adopt a monitoring system that can constantly monitor environment and

process data duly so as to reduce the potential harm and improve the level of automation. In this paper， a kind of intelligent monitoring system for methane based on multi-sensor and ZigBee technology is designed. Data collected by sensor networks is transmitted to cloud server by remote transmission platform， so that users may process data duly， and the system accomplishes intelligent and information-based management.

Keywords：Multi-sensor； Wireless transmission； ZigBee technology； Cloud server

0 引言

時(shí)下研究事實(shí)證明：新能源沼氣已經(jīng)認(rèn)定是一種優(yōu)質(zhì)的可再生資源，因此新能源沼氣技術(shù)的開(kāi)發(fā)利用必將帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益[1]。而傳統(tǒng)的沼氣池自動(dòng)化程度及安全性不高，當(dāng)沼氣池出現(xiàn)異常或故障時(shí)，大部分用戶均不具備自主管理能力，且傳統(tǒng)的沼氣池系統(tǒng)也難以將問(wèn)題準(zhǔn)確即時(shí)地反饋給維修技術(shù)部門。因此，科學(xué)地分析新能源沼氣的利用條件和規(guī)律，及時(shí)地采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信息并作出合理的分析判斷[2]，對(duì)新能源沼氣的推廣安置具有重要意義。本文設(shè)計(jì)了一種基于多傳感器和ZigBee技術(shù)的遠(yuǎn)程智能沼氣監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)依托分布式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)沼氣池內(nèi)復(fù)雜情況進(jìn)行精確感知[3]，通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠的傳輸，將數(shù)據(jù)發(fā)送至云服務(wù)器并完成特征級(jí)數(shù)據(jù)融合，建立基于多傳感器分布式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集和分析的沼氣池預(yù)警體系[4]，允許移動(dòng)設(shè)備對(duì)云服務(wù)器中的數(shù)據(jù)訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理功能。該系統(tǒng)可以減少沼氣池使用時(shí)的潛在危害，提高系統(tǒng)自動(dòng)化水平。

1 監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

基于多傳感器和無(wú)線傳感技術(shù)的智能沼氣池監(jiān)控系統(tǒng)主要由3個(gè)部分組成：分布式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，遠(yuǎn)程無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)，云數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。如圖1所示。

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)主要采用4G通信技術(shù)。無(wú)線遠(yuǎn)程云傳輸平臺(tái)的功能是將經(jīng)過(guò)融合處理的數(shù)據(jù)發(fā)送至云服務(wù)器，連接前端傳感網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控維修中心，并將前端監(jiān)控點(diǎn)采集到的氣體濃度、溫度、氣體壓強(qiáng)、PH值等信息傳輸?shù)皆品?wù)器。

云數(shù)據(jù)管理平臺(tái)主要由云服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫(kù)和圖形界面組成。用戶可以通過(guò)移動(dòng)終端如手機(jī)、平板等實(shí)時(shí)獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及軟件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集模塊包括溫濕度傳感器、甲烷傳感器、氣壓傳感器等。CC2530芯片具有材料成本低、集成度高、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，滿足傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器的通信要求。

2.2 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)

系統(tǒng)以4G移動(dòng)通信技術(shù)作為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸方式[7]，其下載速度可以達(dá)到100Mbps，在同一時(shí)間，能夠滿足所有的用戶對(duì)無(wú)線服務(wù)的要求。此外，4G和DSL可以設(shè)置在電纜調(diào)制解調(diào)器沒(méi)有被覆蓋的地方，并可以拓展到整個(gè)區(qū)域。

2.3 云數(shù)據(jù)管理平臺(tái)

系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)采集到的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，最終傳入云服務(wù)器，并完成特征級(jí)數(shù)據(jù)融合。當(dāng)存在安全隱患時(shí)，該管理平臺(tái)自動(dòng)報(bào)警，協(xié)助維護(hù)部門采取有效措施，降低沼氣池利用的安全隱患。用戶可通過(guò)移動(dòng)終端如手機(jī)、平板等訪問(wèn)云服務(wù)器，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理。

2.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種基于多傳感器和ZigBee技術(shù)的智能沼氣池監(jiān)控系統(tǒng)，提出了4G網(wǎng)絡(luò)在沼氣池監(jiān)控系統(tǒng)中的具體設(shè)計(jì)方法。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)靈活、材料成本低、操作方便、推廣價(jià)值優(yōu)良等特點(diǎn)。具有一定的應(yīng)用前景和參考價(jià)值。

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