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[導(dǎo)讀]摘要:家庭安全一直是人們關(guān)注和擔(dān)心的話(huà)題。隨著社會(huì)的進(jìn)步,人民生活質(zhì)量不斷提高,家庭安全問(wèn)題卻愈發(fā)嚴(yán)重。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的室內(nèi)溫濕度和燃?xì)庑孤侗O(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)掌握室內(nèi)的溫濕度狀況,并在溫度過(guò)高或可燃?xì)怏w(一氧化碳)濃度過(guò)高時(shí)自動(dòng)報(bào)警,能夠盡早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)處理,為人們的家庭安全保駕護(hù)航。

引言

隨著科技的進(jìn)步,人們的生活和工作環(huán)境得到了很大程度的改善,尤其是近年來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)和快速發(fā)展,為向人們提供更加人性化的服務(wù)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

家庭安全一直是人們關(guān)注和擔(dān)心的話(huà)題。隨著社會(huì)的進(jìn)步和人民生活質(zhì)量的不斷提高,家庭安全問(wèn)題卻愈發(fā)嚴(yán)重。近年來(lái),我國(guó)各地煤氣中毒、爆炸事故時(shí)有發(fā)生,在日常生活中,使用燃?xì)獠划?dāng)造成燃?xì)庑孤?、人員中毒傷亡的事故更是屢見(jiàn)不鮮。尤其在冬季,人們?cè)谑覂?nèi)往往緊閉門(mén)窗,造成空氣不流通,室內(nèi)溫度過(guò)高,一旦室內(nèi)燃?xì)庑孤?,就極易達(dá)到爆炸極限,造成嚴(yán)重的事故。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

室內(nèi)溫濕度和燃?xì)庑孤?a href="/tags/監(jiān)測(cè)系統(tǒng)" target="_blank">監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由無(wú)線(xiàn)溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)、無(wú)線(xiàn)可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、一氧化碳濃度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼、智能接入網(wǎng)關(guān)等組成,是一種穩(wěn)定、可靠的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。無(wú)線(xiàn)溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)、無(wú)線(xiàn)可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、一氧化碳濃度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)能夠定期采集溫濕度、可燃?xì)怏w濃度和一氧化碳濃度數(shù)據(jù),通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式直接發(fā)送或通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼轉(zhuǎn)發(fā)到智能接入網(wǎng)關(guān),然后由網(wǎng)關(guān)將無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)重新打包成后臺(tái)服務(wù)器能夠識(shí)別的格式,發(fā)給后臺(tái)服務(wù)器。圖1所示是本系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)圖。

室內(nèi)溫濕度 燃?xì)庑孤侗O(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2系統(tǒng)組網(wǎng)方案

2.1無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的組網(wǎng)

本系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的組網(wǎng)示意圖如圖2所示。該無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)由智能接入網(wǎng)關(guān)、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼以及監(jiān)測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)三級(jí)設(shè)備組成。一個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼與多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)之間為星狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),多個(gè)中繼之間將形成MESH網(wǎng)絡(luò),其中智能接入網(wǎng)關(guān)以GPRS通訊方式實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的接入。該系統(tǒng)具有兩層網(wǎng)絡(luò),即下層的星型網(wǎng)絡(luò)和上層的MESH網(wǎng)絡(luò)。

室內(nèi)溫濕度 燃?xì)庑孤侗O(jiān)測(cè)系統(tǒng)

圖2無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)系統(tǒng)組網(wǎng)示意圖

2.2系統(tǒng)組網(wǎng)規(guī)模

借用蜂窩覆蓋中的計(jì)算方法,可以保守計(jì)算系統(tǒng)的組網(wǎng)規(guī)模。假設(shè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼的穩(wěn)定覆蓋半徑為50m,那么覆蓋一個(gè)500~600m半徑的圓形區(qū)域需要169~217個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼,每個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼可以接入64個(gè)終端節(jié)點(diǎn),組網(wǎng)可以達(dá)到萬(wàn)點(diǎn)級(jí)規(guī)模。

2.3網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性分析

同樣,根據(jù)蜂窩覆蓋的方法可進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼部署,500~600m半徑的圓形區(qū)域的全覆蓋所形成的MESH網(wǎng)絡(luò)深度小于等于8,每個(gè)無(wú)線(xiàn)中繼的鄰居同級(jí)節(jié)點(diǎn)小于等于6,每個(gè)無(wú)線(xiàn)中繼的數(shù)據(jù)傳輸速率保守設(shè)計(jì)為100Kb/s,那么,通過(guò)計(jì)算,以每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)包長(zhǎng)為50B,實(shí)時(shí)性要求為5min計(jì)算,該系統(tǒng)最多可以支持1562個(gè)點(diǎn)同時(shí)發(fā)生濃度過(guò)高告警。

3系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)

本系統(tǒng)可以附帶無(wú)線(xiàn)溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)、無(wú)線(xiàn)可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、一氧化碳濃度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn),各節(jié)點(diǎn)體積小巧,并可以任意擺放;可設(shè)定溫濕度、可燃?xì)怏w濃度、一氧化碳濃度的閾值,超過(guò)閾值則自動(dòng)報(bào)警;節(jié)點(diǎn)超低功耗設(shè)計(jì),并可自動(dòng)負(fù)載均衡,內(nèi)置高性能鋰亞電池,可連續(xù)工作5年以上。

系統(tǒng)中的無(wú)線(xiàn)中繼、網(wǎng)關(guān)設(shè)備可以即插即用,無(wú)需布線(xiàn)施工,維護(hù)成本低;可自動(dòng)組網(wǎng)、自維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)連接可視,全天候穩(wěn)定運(yùn)行,無(wú)需人工干涉;整個(gè)系統(tǒng)具有良好的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展能力,可隨意增加和減少采集終端數(shù)量,同一網(wǎng)絡(luò)中可支持上千個(gè)終端節(jié)點(diǎn);系統(tǒng)中的上位機(jī)軟件可以按分鐘設(shè)定信息采集時(shí)間間隔,能保證及時(shí)準(zhǔn)確的記錄、分析數(shù)據(jù),而且系統(tǒng)穩(wěn)定可靠;采集終端組成的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可獨(dú)立工作,無(wú)需繳納任何信息費(fèi)。

3.1無(wú)線(xiàn)溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)

圖3所示是無(wú)線(xiàn)溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)的實(shí)物圖。該節(jié)點(diǎn)可以定時(shí)采集溫度、濕度,通過(guò)自組織WSN無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò),將采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)匯聚到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)WSN網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的溫度、濕度的監(jiān)測(cè)。

室內(nèi)溫濕度 燃?xì)庑孤侗O(jiān)測(cè)系統(tǒng)

圖3無(wú)線(xiàn)溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)物圖

無(wú)線(xiàn)溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)的技術(shù)參數(shù)如下:

無(wú)線(xiàn)頻段為433MHz;無(wú)線(xiàn)發(fā)射功率為20dBm;無(wú)線(xiàn)傳輸速率為115kb/s;無(wú)線(xiàn)傳輸距離(Freeair)為300m;天線(xiàn)傳輸阻抗為50Q;天線(xiàn)接口為SMA;供電方式為鋰電池;功耗為小于等于10mW。

功能特性:

測(cè)量范圍:溫度為-40~120C濕度為0~99%RH;測(cè)量精度:溫度為±0.4C濕度為±3%RH。

傳感器特性:

傳感器類(lèi)型為1路溫度、1路濕度;接口數(shù)量為2路;外形尺寸為95mmX71mmX53mm;封裝材料為ABS;工作溫度為-10~50;工作濕度為0~99%RH。

3.2無(wú)線(xiàn)可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)

圖4所示是無(wú)線(xiàn)可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)LTS420的實(shí)物圖。該節(jié)點(diǎn)具有自身報(bào)警特點(diǎn),可以滿(mǎn)足一般家庭目前使用的天然氣、煤氣、CO等監(jiān)測(cè)工作;產(chǎn)品內(nèi)還具無(wú)線(xiàn)傳輸模塊,可對(duì)數(shù)字信號(hào)、模擬信號(hào)和開(kāi)關(guān)量信號(hào)進(jìn)行采集,與無(wú)線(xiàn)智能接入網(wǎng)關(guān)共同組成MESH無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò),并可通過(guò)無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)方式將采集的數(shù)據(jù)匯集到網(wǎng)關(guān)。

室內(nèi)溫濕度 燃?xì)庑孤侗O(jiān)測(cè)系統(tǒng)

無(wú)線(xiàn)可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)LTS420的技術(shù)指標(biāo)如下:

無(wú)線(xiàn)頻段為433MHz;無(wú)線(xiàn)發(fā)射功率為20dBm;無(wú)線(xiàn)傳輸速率為250kb/s;無(wú)線(xiàn)傳輸距離(Freeair)為150~250m;天線(xiàn)傳輸阻抗為50Q;天線(xiàn)接口為SMA;供電方式為外接電源;工作電壓為220VAC;功耗為正常監(jiān)視小于等于4.0W,報(bào)警狀態(tài)小于等于5.0W

監(jiān)測(cè)功能如下:

扌艮警方式:現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警;

扌艮警響度:>70dB;

報(bào)警濃度:天然氣報(bào)警濃度大于500ppm,液化石油氣報(bào)警濃度大于500ppm,一氧化碳報(bào)警濃度大于50ppm;

響應(yīng)時(shí)間:0~30min;

傳感器類(lèi)型:1路天然氣濃度,1路液化石油氣濃度,1路一氧化碳濃度;

接口數(shù)量:3路;

防護(hù)等級(jí):IP65;

外形尺寸:120mmX72mmX42mm;

封裝材料:ABS;

工作溫度:-10~50。。;

工作濕度:0~90%RH。

3.3無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼

圖5所示為無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼LTS821實(shí)物圖。在無(wú)線(xiàn)通訊范圍內(nèi),無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼LTS821在上電后可立即加入網(wǎng)絡(luò),建立數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆酚陕窂剑煌瑫r(shí)匯集無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)乃袛?shù)據(jù)信息,并通過(guò)自組織的2.4GHzMESH網(wǎng)絡(luò)上傳至無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)。因此,該節(jié)點(diǎn)可以配合無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn),廣泛應(yīng)用到各種需要監(jiān)測(cè)的場(chǎng)所。該中繼節(jié)點(diǎn)的主要技術(shù)參數(shù)如下:

室內(nèi)溫濕度 燃?xì)庑孤侗O(jiān)測(cè)系統(tǒng)

圖5無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼LTS821實(shí)物圖

無(wú)線(xiàn)頻段為2.4GHz/433MHz;無(wú)線(xiàn)發(fā)射功率為10~17dBm;無(wú)線(xiàn)傳輸速率為250kb/s;天線(xiàn)傳輸阻抗為50Q;天線(xiàn)接口為SMA;電源為外接電源;電壓為220V;電流小于300mA;工作溫度為-20~70。。;工作濕度為5%~95%RH;外形尺寸為152mmX86mmX42mm;外殼材質(zhì)為鋁材。

3.4智能接入網(wǎng)關(guān)

圖6所示是系統(tǒng)中的智能接入網(wǎng)關(guān)。智能接入網(wǎng)關(guān)是物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中的關(guān)鍵設(shè)備,融合了多種有線(xiàn)及無(wú)線(xiàn)的通訊技術(shù)和接口技術(shù),通過(guò)它可實(shí)現(xiàn)各種終端設(shè)備的合法接入,并實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)型數(shù)據(jù)的聚合、處理、分發(fā)功能。智能接入網(wǎng)關(guān)可廣泛應(yīng)用于城市管理、安全管控、應(yīng)用管理、節(jié)能減排、工業(yè)監(jiān)控、交通、物流等領(lǐng)域。

室內(nèi)溫濕度 燃?xì)庑孤侗O(jiān)測(cè)系統(tǒng)

圖6智能接入網(wǎng)關(guān)

系統(tǒng)中智能接入網(wǎng)關(guān)的技術(shù)參數(shù)如下:

無(wú)線(xiàn)頻段為2.4GHz;無(wú)線(xiàn)發(fā)射功率為17dBm;無(wú)線(xiàn)傳輸速率為250Kb/s;無(wú)線(xiàn)傳輸距離(Freeair)為300m;數(shù)據(jù)傳輸接口為USB接口、RJ45接口、GPRS傳輸接口、RS232接口、TD-LTE接口、WIFI接口;天線(xiàn)傳輸阻抗為50Q;天線(xiàn)接口為SMA。

智能接入網(wǎng)關(guān)具有GPS功能和授時(shí)功能。

監(jiān)測(cè)傳感器參數(shù)如下:

接口數(shù)量為6路;支持接口類(lèi)型為RS232,RS485,0~10V,4~20mA,開(kāi)關(guān)信號(hào);電源為外接電源;工作電壓為9~36V;工作電流小于200mA;工作溫度為-20~70°C;工作濕度為5%~95%RH;外形尺寸為190mmX160mmX54mm;外殼材質(zhì)為鋁材。

4結(jié)語(yǔ)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的室內(nèi)溫濕度和燃?xì)庑孤侗O(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)掌握室內(nèi)溫濕度狀況,并可在溫度過(guò)高、可燃?xì)怏w濃度或一氧化碳濃度過(guò)高時(shí)自動(dòng)報(bào)警,以便盡早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)處理,為我們的家庭安全保駕護(hù)航。

20211014_616831f9a208f__室內(nèi)溫濕度及燃?xì)庑孤?a href="/tags/監(jiān)測(cè)系統(tǒng)" target="_blank">監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

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