[發明專利]基于混雜現場總線技術的化工安全監控系統

無效

• 申請號: 201110166390.6
• 申請日: 2011-06-21
• 公開（公告）號: CN102223274A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發明（設計）人: 蔣鵬;吳斌
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H04L12/40
• 分類號: H04L12/40;H04W84/18;G05B19/418
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡、混雜現場總線、嵌入式系統技術領域，具體涉及一種基于混雜現場總線技術的化工安全監控系統。

背景技術

隨著無線通信技術的發展，無線通信設備不斷成熟，成本也進一步的降低，為了解決工業環境及過程控制環境下的許多移動對象、旋轉對象以及危險環境對象的監測與控制問題，出現了一種混雜的有線/無線現場總線（hybrid?wired/wireless?field?bus）的新技術。

在工作環境較為惡劣、安全生產風險較高的化工企業，混雜現場總線技術可以隨作業現場進行部署，迅速地覆蓋所有工段。當現場工作人員攜帶無線傳感器節點時，還可以利用無線傳感器網絡的定位技術對工作人員進行實時定位，萬一發生事故可以對作業現場的工作人員在事故發生時刻的位置進行跟蹤，便于設計高效的應急救援方案。基于混雜現場總線技術的現代化化工安全監控系統包括ZigBee與CAN總線之間的有線/無線網關、基于ZigBee的無線傳感器節點、基于CAN總線的傳感器節點等。

其中，無線傳感器節點可分為兩類，一類是隨身無線傳感器節點，是工作人員隨身攜帶的無線傳感器節點，用于監測現場工作人員的位置、生命特征、周圍環境參數等，這些信息既可以在救援過程中及時判斷工作人員所在位置及生命活動情況，又可以通過工作人員在工藝現場的移動，實現較大范圍內環境參數的監測。另一類是便攜無線傳感器節點，用于在暫時不便鋪設CAN總線的地方監測環境參數和設備參數，并且還負責中繼周圍工作人員的隨身無線傳感器節點數據。

其中，CAN總線傳感器節點可提供遠距離、更為可靠、實時性更強的現場環境參數與設備參數監測服務。由于化工企業生產環境較惡劣，CAN總線傳感器節點的設計要充分考慮防潮、防腐、防爆、成本、功耗以及本質安全等因素。尤其是在事故發生后的生存能力要強，因為這是應急救援過程中的信息生命線。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供了一種基于混雜現場總線技術的化工安全監控系統。

本發明的具體方案為：

基于混雜現場總線技術的化工安全監控系統包括：ZigBee網絡和CAN總線協議轉換器、CAN總線傳感器節點、隨身無線傳感器節點和便攜式無線傳感器節點。

所述ZigBee網絡和CAN總線協議轉換器包括：電源管理模塊、ZigBee無線通信模塊、CAN傳輸模塊、處理器模塊。其中，電源管理模塊包括鋰電池、5V電壓轉換電路、3.3V電壓轉換電路、1.8V電壓轉換電路。鋰電池JS-7.4V-2.2AH輸出電壓為7.4V，通過電壓轉換電路輸出5V、3.3V和1.8V電壓，為協議轉換器上的其他模塊供電。

ZigBee無線通信模塊HZ2012，用于協議轉換器和隨身無線傳感器節點、便攜式無線傳感器節點間的通信。

CAN傳輸模塊由CAN收發器TJA1040T、高速光耦6N137、電源隔離單元B0505S組成。電源隔離單元的輸出供CAN收發器和高速光耦使用；CAN收發器與高速光耦相互連接，作為節點和CAN總線間的傳輸通道。

處理器模塊采用LPC2109低功耗處理器，其CAN接口與CAN傳輸模塊相連；通用異步收發(Universal?Asynchronous?Receiver/Transmitter，UART)接口與ZigBee無線通信模塊相連。處理器模塊用于控制CAN總線、ZigBee網絡間數據的轉發。

所述CAN總線傳感器節點，包括電源管理模塊、環境參數采集模塊、CAN傳輸模塊、處理器模塊。其中，電源管理模塊包括鋰電池、5V電壓轉換電路、3.3V電壓轉換電路、1.8V電壓轉換電路。鋰電池JS-7.4V-2.2AH輸出電壓為7.4V，通過電壓轉換電路輸出5V、3.3V和1.8V電壓，為CAN總線傳感器節點上的其他模塊供電。

環境參數采集模塊由數字式氣壓傳感器MS5607和數字式溫濕度傳感器SHT21組成，用于完成氣壓、溫度、濕度的數據采集。

CAN傳輸模塊由CAN收發器TJA1040T、高速光耦6N137、電源隔離單元B0505S組成。電源隔離單元的輸出供CAN收發器和高速光耦使用；CAN收發器和高速光耦相互連接，作為節點和CAN總線間的傳輸通道。