基于LabVIEW和SimpliciTI的无线气体监测系统.pdf

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化工自动化及仪表
第39卷
基于 Labviev和 Simplicit∏的无线气体监测系统
陈树越孙波
(常州大学信息科学与工程学院,江苏常州213164)
摘要介绍基于 LABVIEW和 Simplicit的无线网络气体监测系统的设计方案,节点米用 Simpliciti无
线通信协议自动组网,完成对气体浓度的采集;利用 LABYIEW构建具有显示、报警、保存及历史数据查
询等多种功能的监控平台,实现对气体的远程监控。该系统可灵活增、减传感器节点,道用于有害易燃
危险区域气体的监测。
关键词工业气体监测系统 LABVIEW Simplicit无线传感网络节点
中图分类号TH862',79
文献标识码A
文章编号10003932(2012)10-1272-05
在石油天然气、煤矿勘探开釆及化工等生产耗系统,降低系统成本,加速产品的上市进程,并
过程中会产生C0、CH,及H2S等可燃、易爆气体,结合 LABVIEW"实时连续监测气体的浓度,实
如果这些危险气体泄漏并且不能及时控制就会发现远程监控2,以保障爆炸危险环境中进行安
生爆炸或中毒事故。国内外对有害易燃气体的监全生产。
测做了许多研究, X J Chao等提出在对H2S气体
Simpliciti无线网络系统
进行监测时,对传感器选择、网络组建和节点能耗
Simplici网络设备是逻辑设备,可扩展设备
模型进行了研究;王春等对焊接环境有毒气体功能、终端节点设备功能或数据中心功能。范围
的监测进行研究,给出了焊接环境有毒气体监测扩展设备的作用是根据需要对网络覆盖范围进行
系统的结构,节点的硬件和软件设计;GTar-扩展,数据中心接收来自终端节点或范围扩展设
apata等构建了一种恶劣环境下的无线传感器节备的数据,连接其他控制设备。 Simpliciti阿络协
点设计方案,该节点耐高温而且灵活性也好
议主要有两种网络拓扑结构:星状网络和点对点
随着理论研究的深人,市场上出现了许多固定式
网络拓扑,笔者设计在星状网络的基础上使用范
或便携式可燃气体检测仪,但这些产品对操作人围扩展设备扩展为串状网络拓扑。
员的安全考虑较少,而且不够灵活,组建监控系统
Simplicit网络有3类设备:终端节点ED、范
必须依靠PLC及DCS等自控平台,并且需要铺设
围扩展设备RE和数据中心AP。笔者设计的
电缆。而在石化及化工等生产领域,由于化学工
Simplici无线网络气体监测系统(图1)由气体
业生产过程复杂多变,生产环境带有潜在爆炸等传感器节点、范围扩展设备、数据中心节点和上位
危险,无法及时发现有毒易爆气体泄漏的原因与
机人机界面组成。大量的传感器节点安装在现
地点,事故发生概率增加。基于无线技术的可燃场,用来监测采集气体的浓度,上电经初始化后自
气体检测器很好地弥补了以上不足,但它们大多动组建以数据中心为中心的 Simpliciti i无线网络,
采用点对点通信方式,没有形成网络系统,没有充并将数据通过范围扩展设备或直接传送给数据中
分利用无线网络的优势,因此无线可燃气体检测心,数据中心通过RS232将数据传送到PC,供
器在工业领域没有得到大规模的应用
ABVTF W平台进行数据分析和显示,工作人员可
笔者设计的气体监测系统,以无线传感网络在 LABVIEW监控平台观察每个节点的状态,及时
为基础46,节点自动组网,采用基于2e3)发现安全隐患并报警,进而发送控制命令,作进
的无线解决方案
implicit]无线协议”,进行步处理。
数据传输,该网络协议能够简化实施工作,尽可能
收稿日期:2012-0601(修改稱)
降低微控制器的资源占用,支持客户开发超低功
基金项目:江苏省“六大人才高峰”项目
万方数括
第10期
陈树越等.基于 LABVIEW和 Simpliciti的无线气体监测系统
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也较好。其气敏材料是在清洁空气中电导率较低
て体感器的?,sma
数据中心
的SnO2,当传感器所处环境中存在检知气体时,
く体後感器属一范扩燃设备
RS232
传感器的电导率随空气中污染气体的浓度增加而
PC机
(l. al VIEW监控平台
增大,使用简单的电路即可将电导率的变化转换
体传感器节点
为与该气体浓度相对应的输出信号,具有寿命高、
图1 Simplicit'l无线网络气体监控系统结构框图成本低、驱动电路简单及耐高温(200℃)等优点。
2硬件系统
2.3传感器节点电路
2.1主控芯片
传感器节点实现对监测区域数据的采集,由
气体监测硬件系统以无线单片机C1110为信号采集与处理模坎、能量模块和无线通信模块
核心,它集成了一个标准的增强型8051MCU和无组成。信号采集与处理模块以气体传感器为核
线收发芯片CC100,无线通信可工作于433MHz、心,完成气体浓度的检测,并对信号作处理,与后
868/915MHz频段,具有优良的无线接收灵敏度和面的电路匹配,C11自带8-14位AD转换,
强大的抗干批性,芯片内嵌32 Kbyte Flash和
因此该系统没有使用额外的A/D转换芯片,采集
4 Kbyte RAM,一个16位定时器和3个8位定时
器,8通道7~12位A/D转换器,两个强大的支持气体浓度后,将处理后的信号送至C1110进
几组协议的 USART.21个数字1/0引脚。系
A/D转换并通过无线方式发送出去;信号采集模
统采用低电压供电(2.0~3.6V),在数据发送期块与无线通信模块分开设计,便于更換传感器,实
间的电流消耗为16mA,PM3模式下电流消耗为现多种类型气体的监测。C1110包含一个标准
的增强型8051MCU,因此无线通信模块包含微控
2.2气体传感器
制器的数据处理和无线通信两种功能;范围扩展
系统的气体传感器选用TCS6,该传感器对设备主要完成数据的转发,扩展网络的覆盖范周,
各气体检测的灵敏度如糾2所示,可以看出该传
主要由无线通信模块组成;数据中心负责网络的
感器对甲烷、丙烷和丁烷的灵敏度高,对天然气、
液化气及CO等气体的监视也很理想,在较宽的
箐理、数据的转发及存储等功能,传感器节点采集
浓度范围内对有害气体有良好的灵敏度,线性度到的数据都要传输到数据中心,再经由串口传送
到上位机,由无线通信模块和串门通信模块组成。
传感器节点的部分电路如图3所示。
3软件
气体监测系统的软件设计分为传感器节点、
氧化
数据中心和用户界间三大部分。
三1.0
3.1传感器节点软件
传感器节点和数据中心软件的开发采用
IAR,1AR的编译器最优化、紧湊的代码可叮节省硬
件资源,最大限度地降低产品成本.传感器节点
主要负责气体传感器浓度的采集与处理,将数据
1000
1000(0
通过无线方式发送给其他节点,接收来自数据中
体浓度/em'?m
心的命令并根据这些命令执行相关的操作。当没
图2TCS816气体传感器灵敏度特性
有数据接收和发送时进人休眠模式,使节点的功
R.一一不同浓度气体中的电阻值,k2;
耗降到最低。传感器节点软件设计流程