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1、燃气监测与无线远程报警装置院系： 设计者： 指导教师： 燃气监测与无线远程报警装置摘要：煤气无线监测系统是一款利用无线通信网络基于高精度数据采集平台，集泄露煤气重点监测数据的实时测量、回传及报警的远程监测系统。其工作原理如下：当发生燃气泄漏事故时，燃气泄漏监控器检测出燃气浓度超标，监控器将收集到的数字信号传递到GPRS网关模块，GPRS网关通过模数转换器将数字信号转化为电磁波发送至移动基站，此后将监测信息经由GSM通信网络以短信的形式传到用户的带有SIM的手机上，同时手机发出警报，以便及时处理。用户手机上需安装基于IOS 、Android平台的应用程序，通过信号判断、手机警报编程，以便手机能够
2、及时发出警报通知用户。关键字：远程报警 无线传感 GPRS网关 1引言在我国燃气在工业生产、家庭生活中被广泛使用，但在方便人类的同时，存在着不少安全隐患，其中燃气泄漏严重威胁着人们的生命财产安全，造成了巨大的损失。在各种预警方法中无线传感网络是一种符合中国国情的、可以最大限度的应用于普通家庭厨房、工厂以及大型人工建筑等场所的新型检测技术，相关的研究工作正在深入开展。与无线传感器在一般环境检测中应用不同，煤气无线监测系统不仅需要开发煤气泄露的传感器和网络节点进行监测信号的传输，还需将监测到的信号发送到用户的手机上。用户手机上需安装基于IOS 或Android平台的应用程序，通过信号判断、手机警报
3、编程，以便手机能够及时发出警报通知用户。2 燃气监测与无线远程报警系统燃气监测与远程无线报警系统结构如图一所示，主要由数据采集模块、GPRS网关模块、GSM无线网络模块和手机组成，首先带有烟感传感器的节点将探测数据传送给汇聚节点，本系统的数据采集与处理应用了无线传感器网络，从无线传感器网络的功能结构来看，可以将无线传感器网络的功能结构抽象为基础层、网络层、数据管理与处理层和应用层。汇聚节点将数据处理之后，通过AT指令控制GPRS模块，再经由GSM（Global System for Mobile Communication）传送到用户的手机上。由于本系统采用无线方式，不会破坏家庭及厂房的已有装
4、修，有一定的实用性。利用手机进行远程数据传送不再受空间的限制。图1 燃气监测与远程无线报警系统结构3数据采集模块要想达到好的预警效果，原始数据的采集无疑是整个系统的非常重要的部分，其中，数据管理与处理层的功能包括对感知数据进行采 集 、存 储 、查询、分 析、挖 掘 等 操 作，使 用 户 获 得 有 价 值 的 信 息 ，从 而 为 用 户 提 供 有 效 的 决策支持。因此，数据采集是无线传感器网络的重要研究问题之一。通常为了获取精确信息，在监测区域通常部署大量传感器节点，可能达到成千上万，甚至更多，传感器网络的大规模性包括两方面的含义：一方面是传感器节点分布在很大的地理区域内，如在原始大
5、森林采用传感器网络进行森林防火和环境监测，需要部署大量的传感器节点；另一方面，传感器节点部署很密集，在面积较小的空间内，密集部署了大量的传感器节点。由于这是应用于家庭厨房或者厂房的小型探测装置，空间面积较小，因此本系统传感器分布特点：部署比较密集，且传感器节点的数量无需太多。数据采集节点一般分为一般节点和汇聚节点，数据采集节点包括一个电源电路、一个置位/复位电路、两个相同的传感器通信电路、八个相同的模拟信号采集电路、两个相同的组网电路、一个备份组网电路和一个主控电路。图2 传感器一般节点当煤气泄漏时，一般节点会感知到浓度的变化，然后这些节点将对各自位置的泄漏煤气浓度进行搜集，并对泄漏的时间等信
6、息进行记录，传感器一般节点本身对采集的数据不做任何处理，只是简单地发送或转发感知数据，需要将感知数据从节点集中传送到汇聚节点。数据的采集模块（汇聚节点）主要由多路开关、器组成。多路开关是数据采集系统中的重要器件，用来将多路被测的模拟信号通过指令分送到模数转换器进行转换，以便实现微控制器通过一个模数转换器对多路被测信号进行数据采集。其中AT指令集是从TEC(Terminal Equipment)或DTE (DataTerminal Equipment)向TA (Terminal Adapter)或DCE (DataCircuit Terminating Equipment发送的通过TATE发送A
7、T命令来控制MS (Mobile Station)的功能与GSM网络业务进行交互，用户可以通过AT命令进行呼叫短信电话本数据业务补充业务传真等方面的控制。下面是一些短消息相关的常用AT指令：4 GPRS模块对无线传感器网络数据的处理必须要迎合以数据为在中心的特点，将从多个传感器节点提取出来的信息进行适当的处理后再传送给移动基站。GPRS是在现有的GSM网络基础上叠加的一个新的网络1，这里的GPRS模块相当于一个手机，将与手机用户进行通信，同时在网络设备上增加一些硬件设备，并对原软件升级，形成了一个新的网络逻辑实体。GPRS能给用户提供端到端的、广域的无线IP连接。通俗地讲，GPRS是一项无线高
8、速数据传输技术，它以分组交换技术为基础，用户通过GPRS可以在移动状态下使用各种高速数据业务，包括收发E-mail、进行Internet浏览、即时聊天等。GPRS系统使用现有的GSM无线网络。GPRS和GSM共用相同的基站和频谱资源，只是在现有的GSM网络基础上增加了一些硬件设备和软件升级。移动终端从功能上可以看作是将固定终接设备即数据采集模块和手机用户终端合并构成的一个物理实体。由于它具备一定的移动性，因此支持移动终端的无线接入系统除了应具备固定无线接入系统所具有的功能外，还要具备一定的移动性管理等蜂窝移动通信系统所具有的功能。如果在价格上有所突破，移动终端会更受用户及运营商的欢迎。无线接入
9、系统的接口无线接入系统中的各个功能实体通过一系列接口相互连接，并通过标准的接口与本地交换机和用户终端相互连接。在无线接入系统中最重要的两个接口是控制器与交换机之间的接口和基站与固定终接设备之间的无线接口。除此之外，无线接入系统所包含的接口还有控制器与基站之间的接口、控制器与网管中心之间的接口以及固定终接设备与用户终端之间的接口。GPRS数据终端的硬件结构采用模块化设计，共包含数据处理模块，远程通信模块，模数转换模块和显示模块四部分，系统结构如图三所示图3 GPRS数据终端系统结构数据处理模块主要包含AT89C55，X25045两个芯片，AT89C55用于处理与远程通信模块、模/数转换模块和显示
10、模块间的数据传输，为了保证数据不会因为掉电而丢失，采用串行E2PROM器件X25045对数据进行存储。远程通信模块主要包含GPRS无线模块、SIM卡和串口模块MAX3238三部分，SIEMENS GPRS无线模采用MC35GPRS模块，其功能是将数据或命令通过与其连接天线发射出去，或接收远端监控中心发送的数据，再将接收到的数据或命令进行相应的协议处理后，通过MAX3238送入单片机进行处理，MX3238起电平转换和串行通信的功能，由于传输数据的承载方式是GPRS网络，所以SIM卡是不可缺少的，用户的信息将记录在SIM卡中。此外它还具有存储数据和在安全条件下完成客户身份鉴定和客户信息加密计算的全
11、过程的功能。模数转换模块的功能将采集到的模拟信号转换成数字量，它被看作是单片机处理信息源，模数转换器用MPC508多路开关集成芯片，被测的模拟信号经过信号调理电路后被引入MPC508的模拟输入端（IN1IN8）。MPC508的模拟选择端A2、A1、A0分别与单片机的P2.11、P2.12和P2.13相连接。MPC508的输出管脚Out与A/D转换器的模拟输入脚相连结，单片机通过改变P2.11、P2.12和P2.13端口的值来选择IN1IN8的模拟输入。数模转换部分主要由AD976及其外围电路组成的高速A/D转换模块完成，模拟信号到数字信号的转换，是系统精度和数据可靠性的关键部分。信号经过调理后
12、，由多路开关引入LPC2294，其中LPC2294是一款功能强大的低功耗的具有ARM7内核的微控制器。芯片采用144脚封装，内部集成4 路互连的CAN 接口，并且采用了先进的验收滤波器。多路开关模拟输入通道的选择由键扫程序完成。数据经过数字滤波暂存于LPC2294中等待上传。启动A/D转换后，储存在LPC2294中的数字信号上传到A/D转换器中将数字信号转换电磁信号。显示模块主要是考虑到当现场有管理人员巡视时，可以方便实时地了解现场情况，系统使用了一种管理键盘和LED显示器的专用智能控制芯片HD7279A，HD7279A与处理器之间采用串行接口，其接口电路和外围电路电简单，占用的接口线数目少，
13、只需4条，具有较高的性价比。模数转换器用MPC508多路开关集成芯片，被测的模拟信号经过信号调理电路后被引入MPC508的模拟输入端（IN1IN8）。MPC508的模拟选择端A2、A1、A0分别与单片机的P2.11、P2.12和P2.13相连接。MPC508的输出管脚Out与A/D转换器的模拟输入脚相连结，单片机通过改变P2.11、P2.12和P2.13端口的值来选择IN1IN8的模拟输入。数模转换部分主要由AD976及其外围电路组成的高速A/D转换模块完成，模拟信号到数字信号的转换，是系统精度和数据可靠性的关键部分。信号经过调理后，由多路开关引入LPC2294，其中LPC2294是一款功能强
14、大的低功耗的具有ARM7内核的微控制器。芯片采用144脚封装，内部集成4 路互连的CAN 接口，并且采用了先进的验收滤波器。多路开关模拟输入通道的选择由键扫程序完成。数据经过数字滤波暂存于LPC2294中等待上传。启动A/D转换后，储存在LPC2294中的数字信号上传到A/D转换器中将数字信号转换电磁信号。5 GSM无线网络模块GSM系统是目前移动通信体制中比较成熟完善且应用广泛的一种系统2。GSM网络由移动台、基站子系统、网络子系统三部分组成，其系统构成如图四所示。图4 GSM系统构成该系统提供给手机用户的一种数字业务，监测数据以短信息的形式传送给居民，消息发送的覆盖范围可以是一个扇形区域（
15、cell）,也可以是一个基站或由若干个基站基站组成的既定区域甚至整个移动通信网。由移动基站将电磁信号经过进一步的处理与加工再利用双频GSM无线网络传送到居民手机上。移动基站通过无线收发信机提供与手机用户终端和移动终端之间的无线信道，并通过无线信道完成话音呼叫和数据的传递。无线信道是参数随时变化的随参信道，无线信号的运行环境复杂多变;因此，移动网络无线侧优化与无线信号及无线信道的特点有很强的关联。控制器通过基站对无线信道进行管理。基站与固定终接设备和移动终端之间的无线接口可以使用不同技术，并决定整个系统的特点，包括所使用的无线频率及其一定的适用范围。 首先我们先来了解下手机的通信过程：使用手机把
16、语言信号变换成电信号传输到移动通信网络中的基地台，再由基地台把代表语言的电信号变成电磁频谱，通过在距地面高度为3600km的通信卫星辐射漫游传送到受话人的电信网络中，受话人的通信设备接收到无线电波，转换成语言信号。我们可以手持手机，不管走到哪里，都可与城市电话网的所有用户及本系统移动电话用户进行通话。它们间的通话是经过系统的基地台发射电磁波与接收电磁波来实现的。从上述手机通信过程可以看出：手机通信是一个开放的电子通信系统，只要有相应的接收设备，就能够截获任何时间、任何地点、任何人的通话信息。本系统信号的传输与手机通信过程十分类似，手机信号（即电磁信号）是一种高频的振荡波,利用移动或联通公司建立的发射塔来发射信号 手机通过信
