基于混杂现场总线技术的化工安全监控系统

摘要

本发明涉及一种基于混杂现场总线技术的化工安全监控系统。本发明包括ZigBee网络和CAN总线协议转换器、CAN总线传感器节点、随身无线传感器节点和便携式无线传感器节点。CAN总线传感器节点与CAN总线相连，通过总线传输至其它节点或者监控中心。随身无线传感器节点实现较大范围内环境参数的监测，便携式无线传感器节点布置于暂时不便铺设CAN总线的地方来监测环境参数。ZigBee网络和CAN总线协议转换器5-4用于转发ZigBee网络和CAN总线间的数据。本发明成本低且运行功耗低。

主权项

基于混杂现场总线技术的化工安全监控系统，包括ZigBee网络和CAN总线协议转换器、CAN总线传感器节点、随身无线传感器节点和便携式无线传感器节点，其特征在于：所述ZigBee网络和CAN总线协议转换器包括第一电源管理模块、第一ZigBee无线通信模块、第一CAN传输模块、第一处理器模块；所述的第一电源管理模块包括锂电池、5V电压转换电路、3.3V电压转换电路、1.8V电压转换电路；锂电池JS‑7.4V‑2.2AH连接5V电压转换电路，5V电压转换电路分别连接3.3V电压转换电路和1.8V电压转换电路，为协议转换器上的其他模块供电；所述的第一ZigBee无线通信模块，型号为HZ2012，用于协议转换器和随身无线传感器节点、便携式无线传感器节点间的通信；所述的第一CAN传输模块由CAN收发器TJA1040T、高速光耦6N137、电源隔离单元B0505S组成；电源隔离单元的输出供CAN收发器和高速光耦使用；CAN收发器与高速光耦相互连接，作为节点和CAN总线间的传输通道；所述的第一处理器模块采用LPC2109低功耗处理器，其CAN接口与第一CAN传输模块相连；通用异步收发接口与ZigBee无线通信模块相连，第一处理器模块用于控制CAN总线、ZigBee网络间数据的转发；所述CAN总线传感器节点包括第二电源管理模块、第一环境参数采集模块、第二CAN传输模块、第二处理器模块；所述的第二电源管理模块包括锂电池、5V电压转换电路、3.3V电压转换电路、1.8V电压转换电路；锂电池JS‑7.4V‑2.2AH连接5V电压转换电路，5V电压转换电路分别连接3.3V电压转换电路和1.8V电压转换电路，为CAN总线传感器节点上的其他模块供电；第一环境参数采集模块由数字式气压传感器MS5607和数字式温湿度传感器SHT21组成，用于完成气压、温度、湿度的数据采集；第二CAN传输模块由CAN收发器TJA1040T、高速光耦6N137、电源隔离单元B0505S组成；电源隔离单元的输出供CAN收发器和高速光耦使用；CAN收发器和高速光耦相互连接，作为节点和CAN总线间的传输通道；第二处理器模块采用LPC2109低功耗处理器，其CAN接口与第二CAN传输模块相连；串行外设接口与数字式气压传感器相连；I²C总线接口与数字式温湿度传感器相连；第二处理器模块用于控制本节点与CAN总线上其他节点间的通信；以及控制环境参数采集模块，并且对采集到的环境参数进行简单的分析和处理；所述随身无线传感器节点包括第三电源管理模块、参数采集模块、第二ZigBee无线通信模块、GPS定位模块、第三处理器模块；所述的第三电源管理模块包括锂电池、5V电压转换电路、3.3V电压转换电路、1.8V电压转换电路；锂电池JS‑7.4V‑2.2AH连接5V电压转换电路，5V电压转换电路分别连接3.3V电压转换电路和1.8V电压转换电路，为随身无线传感器节点上的其他模块供电；参数采集模块由数字式气压传感器MS5607、数字式温湿度传感器SHT21、生理信息采集仪OEM001组成，用于完成气压、温度、湿度、体温、血氧饱和度、脉搏的数据采集；第二ZigBee无线通信模块HZ2012，用于节点与ZigBee网络和CAN总线协议转换器、便携式无线传感器间的通信；GPS定位模块包括SPI/UART转换电路和GPS模块QE‑GPS91；SPI/UART转换电路的核心为SC16IS750芯片，用于将第三处理器模块的SPI接口转换为UART接口，SPI/UART转换电路的UART接口和GPS模块相连，通过GPS模块来获取人员位置信息；第三处理器模块采用LPC2109低功耗处理器，其两个SPI接口分别接GPS定位模块、数字式气压传感器；I²C接口和温湿度传感器相连；两个UART接口分别与生理信息采集仪、第二ZigBee无线通信模块相连；第三处理器模块用于控制节点ZigBee无线通信模块与ZigBee网络和CAN总线协议转换器、便携式无线传感器节点间的通信，以及控制参数采集模块和GPS定位模块，并对获取的参数作简单的分析和处理；所述便携式无线传感器节点包括第四电源管理模块、第二环境参数采集模块、第三ZigBee无线通信模块、第四处理器模块；所述的第四电源管理模块包括锂电池、5V电压转换电路、3.3V电压转换电路、1.8V电压转换电路；锂电池JS‑7.4V‑2.2AH连接5V电压转换电路，5V电压转换电路分别连接3.3V电压转换电路和1.8V电压转换电路，为便携式无线传感器节点上的其他模块供电；所述的第二环境参数采集模块由数字式气压传感器MS5607、数字式温湿度传感器SHT21组成，用于完成气压、温度、湿度的数据采集；所述的第三ZigBee无线通信模块HZ2012，用于节点与ZigBee网络和CAN总线协议转换器、随身无线传感器节点间的通信；所述的第四处理器模块采用LPC2109低功耗处理器，其CAN接口和CAN传输模块相连；SPI接口和数字式气压传感器相连；I²C接口和温湿度传感器相连；UART接口和第四ZigBee无线通信模块相连；处理器模块用于控制节点ZigBee无线通信模块与ZigBee网络和CAN总线协议转换器、随身无线传感器节点间的通信，以及控制环境参数采集模块，并对获取的参数作简单的分析和处理。