基于无线传感器网络的油罐区火灾监测节点研究

摘要

近年来，国内外油罐区火灾事故频发，造成重大人员伤亡和财产损失。本文以实际项目为背景，根据项目要求，设计了基于无线传感器网络的油罐区火灾监测节点。该节点作为油罐区火灾监控系统的一部分，主要用于火灾信息量的采集和传输。
　　本文首先简要介绍了油罐区环境和消防安全水平实地调查情况，然后按照火灾方面的法律法规的要求，结合油罐区实际环境，选择火灾探测量，并分析了火灾监测节点应具备的功能和满足的技术指标。据此，提出了节点的总体设计方案，并在此基础上完成了具体的硬件设计、软件设计和气体传感器标定。
　　按照功能不同和模块化设计思想，节点硬件分为控制器板和传感器板。控制器板主要由电源模块、CC2530模块、LPC1225模块和串口通信模块组成;传感器板主要由传感器阵列模块组成，包括温度模块、湿度模块、烟雾模块、可燃气体模块、一氧化碳模块、二氧化碳模块和继电器模块。硬件设计方面，主要完成了器件选型和电路设计等工作;软件设计方面，主要完成了主程序设计和模块的驱动程序开发等工作;气体传感器标定方面，分别采用物理模型和支持向量机算法，对一氧化碳和二氧化碳气体传感器进行标定，并介绍了气体传感器标定实验过程，给出了标定结果，比较分析了这两种方法。
　　最后，本文介绍了节点各模块的调试过程和结果，给出了节点在油罐区火灾模拟实验中的运行情况。实验结果表明，节点已初步实现了所要求的各项功能。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题来源和研究意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 国内油罐区消防安全现状调查

1．1．3 国内外油罐区火灾事故

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要工作

1．4 本文章节安排

2 节点总体设计

2．1 基于WSN的油罐区火灾监测系统简介

2．2 火灾探测量的选择

2．3 火灾监测节点功能与技术指标

2．4 火灾监测节点设计

2．4．1 控制器板设计

2．4．2 传感器板设计

2．5 本章小结

3 节点硬件设计

3．1 硬件总体结构

3．2 控制器板硬件设计

3．2．1 芯片选型

3．2．2 总体结构

3．2．3 电源模块设计

3．2．4 LPC1225最小系统设计

3．2．5 CC2530最小系统设计

3．2．6 串口通信模块设计

3．2．7 射频模块设计

3．2．8 GPS模块接口

3．3 传感器板硬件设计

3．3．1 传感器选型

3．3．2 总体结构

3．3．3 温度检测模块设计

3．3．4 湿度检测模块设计

3．3．5 烟雾检测模块设计

3．3．6 可燃气体检测模块设计

3．3．7 一氧化碳检测模块设计

3．3．8 二氧化碳检测模块设计

3．3．9 继电器模块设计

3．4 PCB板设计

3．5 本章小结

4 节点软件设计

4．1 主程序设计

4．2 各功能模块驱动程序设计

4．2．1 温度模块驱动程序

4．2．2 湿度模块驱动程序

4．2．3 烟雾模块驱动程序

4．2．4 一氧化碳模块驱动程序

4．2．5 二氧化碳模块驱动程序

4．2．6 可燃气体模块驱动程序

4．2．7 继电器模块驱动程序设计

4．2．8 串口通信模块驱动程序设计

4．2．9 闪存驱动程序

4．3 本章小结

5 气体传感器标定

5．1 物理模型

5．1．1 一氧化碳和可燃气体传感器的物理模型

5．1．2 二氧化碳传感器的物理模型

5．1．3 物理模型的参数拟合

5．2 支持向量机回归

5．2．1 支持向量机回归原理

5．2．2 支持向量机回归算法的实现

5．3 气体传感器标定实验分析

5．3．1 气体传感器标定实验

5．3．2 气体标定结果分析

5．4 本章小结

6 节点调试分析

6．1 节点功能模块调试

6．1．1 电源模块调试

6．1．2 核心控制模块调试

6．1．3 串口模块调试

6．1．4 传感器阵列模块调试

6．2 油罐区火灾模拟实验结果

6．3 本章小结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献