導(dǎo)語：探討自燃物料危險性監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

一、系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.設(shè)計協(xié)調(diào)器節(jié)點ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點主要由CC2430系統(tǒng)芯片、射頻天線、電源、晶振電路和串行接口組成。根據(jù)工業(yè)應(yīng)用的實際需要，系統(tǒng)芯片接入的晶振電路能支持二至三種頻率，并且具有定時、計數(shù)、復(fù)位等功能，在一定程度上減輕了控制器的工作量，提高了傳送效率及準確性。串口通信采用同步串行通信方式，接口標準采用RS-422四線接口，其高輸入阻抗及強大的驅(qū)動能力，滿足了本系統(tǒng)連接多個節(jié)點的要求，實現(xiàn)了雙向通信的預(yù)期目標。

2.設(shè)計路由器節(jié)點路由器節(jié)點設(shè)計的主要功能就是將轉(zhuǎn)發(fā)傳感器和其他路由器的數(shù)據(jù)，發(fā)送至協(xié)調(diào)器，作為傳感器和協(xié)調(diào)器之間相互連接的樞紐。路由器控制端口與計算機相連接，實現(xiàn)了用戶終端與路由器相互通信，并對路由器進行配置。

3.設(shè)計傳感器節(jié)點傳感器節(jié)點利用無線通信技術(shù)將采集到的溫度數(shù)據(jù)進行融合和轉(zhuǎn)發(fā)至處理中心，其基本組成有該節(jié)點由CC2430芯片、射頻天線、通信模塊和電源模塊組成。電源用來為節(jié)點提供能量，是傳感器節(jié)點的基礎(chǔ)。因CC2430系統(tǒng)芯片內(nèi)置有溫度傳感器，故可便捷、快速地轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)測到的溫度值，降低了傳播時間，但其不能實現(xiàn)系統(tǒng)所需低功耗、高精度的要求，可以新增一個溫度傳感器。對各模塊功能及設(shè)計思路做如下簡要介紹：

(1)數(shù)據(jù)采集模塊：即傳感器節(jié)點，安裝在自然散堆物料內(nèi)部多個監(jiān)測點，通過ZigBee無線通信技術(shù)構(gòu)建一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN），采用樹形網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，對加入該網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點進行溫度數(shù)據(jù)采集和分析，并記錄放的時間、地點，最終利用ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳至協(xié)調(diào)器處理中心。

(2)數(shù)據(jù)處理終端：即協(xié)調(diào)器節(jié)點，安裝在控制室內(nèi)，主要利用計算機系統(tǒng)將采集模塊傳送到的數(shù)據(jù)進行處理，與計算機數(shù)據(jù)庫中的標準數(shù)據(jù)參數(shù)進行比較，從而定性提交監(jiān)測結(jié)果，劃分出危險等級，一旦發(fā)現(xiàn)危險源，并能夠精準地確定出危險源的坐標，其基本信息直觀地展示給用戶，為用戶決策提供依據(jù)。

(3)數(shù)據(jù)庫更新模塊：為了能夠?qū)崿F(xiàn)該系統(tǒng)在不同監(jiān)測節(jié)點，不同自燃散堆物料類型的環(huán)境中的實際應(yīng)用，可以將電腦數(shù)據(jù)庫中的標準參數(shù)進行定時按需要更新，就基本滿足了在不同監(jiān)測位置、不同物料狀態(tài)下、可以有對應(yīng)的相關(guān)參數(shù)供用戶選取。

二、系統(tǒng)程序設(shè)計

1.搜索和綁定

建立好基于ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)采集模塊加入到該網(wǎng)絡(luò)協(xié)議下，傳感器會自動地搜索和綁定第一個建立通信的數(shù)據(jù)處理中心，如若未能發(fā)現(xiàn)處理終端，傳感器將一直搜尋直至建立綁定。用zb_HandleOsalEvent()函數(shù)處理一個時間事件，該事件部分設(shè)置代碼：該代碼是為用戶應(yīng)用于未能搜索到協(xié)調(diào)器節(jié)點情況下的處理函數(shù)。可以發(fā)現(xiàn)，若未能建立綁定，那么數(shù)據(jù)采集設(shè)備將往復(fù)不斷地的搜索和發(fā)送綁定請求。對于處理終端，當連接綁定成功后，協(xié)調(diào)器及上位機設(shè)備必須接受綁定，系統(tǒng)才能對傳感器發(fā)送的綁定請求進行處理操作。

2.數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收

網(wǎng)絡(luò)連接及建立綁定后，數(shù)據(jù)采集模塊將依據(jù)用戶設(shè)定的時間間隔采集溫度傳感器報送的數(shù)據(jù)，并對此通過函數(shù)zb_SendDataConfirm()函數(shù)作出應(yīng)答指示。如若采集模塊未能接受到其中一個傳感器報送數(shù)據(jù)，那么采集模塊將解除與其綁定，并再次進行搜索和連接綁定。通過函數(shù)zb_SendDataConfirm()函數(shù)完成用戶定義的事件。

三、溫度監(jiān)測系統(tǒng)

自燃散堆物料溫度監(jiān)測系統(tǒng)是以物料區(qū)域為監(jiān)測中心，結(jié)合溫度傳感器和基于ZigBee無線通信技術(shù)可靠的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，對加入該網(wǎng)絡(luò)的自燃散堆物料區(qū)域的溫度以及不同節(jié)點位置的溫差等數(shù)據(jù)進行采集、分析和監(jiān)測,同時繪出溫度、氣體濃度變化的折線圖，反映溫度、氣體濃度變化的趨勢，實現(xiàn)實時監(jiān)測自燃散堆物料溫度的細微變化,從而避免了有線網(wǎng)絡(luò)的布線問題和成本問題，并最終構(gòu)成操作簡單、直觀形象、快捷高效的自燃散堆熱危險性監(jiān)測預(yù)報系統(tǒng)。該系統(tǒng)能隨時掌握自燃散堆物料熱安全性狀況，將收集的數(shù)據(jù)信息及時傳送給監(jiān)控中心進行分析研究,對溫度異常變化及時預(yù)警和定位,以便使管理者做出合理決策并采取相應(yīng)的指導(dǎo)措施，系統(tǒng)設(shè)計的整體構(gòu)成。

四、系統(tǒng)測試

1.系統(tǒng)測試步驟

1）檢查開發(fā)板電源、串口線以及外擴設(shè)備連接是否正常；

2）下載協(xié)調(diào)器代碼到開發(fā)系統(tǒng)的表演板；

3）下載傳感器節(jié)點代碼到電池板；

4）用串口調(diào)試助手觀察協(xié)議棧運行是否正常；

5）測試上位機軟件，PC端能否正常接收數(shù)據(jù)以及能否將數(shù)據(jù)存到數(shù)據(jù)庫中，可否正常畫出曲線。

2.系統(tǒng)測試結(jié)果

1）系統(tǒng)的硬件測試系統(tǒng)的硬件測試包括對開發(fā)平臺的電源、內(nèi)存、按鍵、LED燈、串口，以及配套電路進行測試。下載各模塊的程序后，系統(tǒng)各硬件均能正常工作。

2）協(xié)議棧的測試下載協(xié)調(diào)器模塊到表演板、節(jié)點模塊到電池板后，程序運行正確，從串口能正確接收到節(jié)點的地址以及所采集到的溫度。

五、結(jié)論

經(jīng)測試，該監(jiān)測系統(tǒng)軟硬件均能工作正常，可以精確地測量溫度的變化，基本解決了現(xiàn)階段自燃散堆物料成本高和不能實時監(jiān)測等問題。該系統(tǒng)能實時掌握自燃散堆物料熱安全性狀況，將收集的數(shù)據(jù)信息及時傳送至監(jiān)控中心進行分析研究，對溫度變化及時預(yù)警和定位，有利于管理者做出合理決策并采取相應(yīng)的指導(dǎo)措施。

作者：劉紀穩(wěn)尚泰單位：中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院