基于Zigbee物联网技术的地下隧道环境监测系统的制作方法

基于zigbee物联网技术的地下隧道环境监测系统
技术领域
1.本实用新型涉及密闭场所环境监测领域，尤其设计基于zigbee物联网技术的地下隧道环境监测系统。


背景技术：

2.随着社会的进步，密闭作业场所内的作业需求规模日益庞大、发展愈发迅速，以地下隧道为代表的城市应用越来越多，例如地铁、地下水道及管网、交通及地下隧道等等工作环境，其本身就具有隐蔽性、复杂性和不确定性等特点，在减少了城市各种管线外露状况的同时，其施工与维护时也面临着较强密闭性强带来的诸多隐患。例如隧道内有害气体的富集，以及地下水的浸泡等。
3.现有的隧道及管理监测领域的技术方案更多的关注的是隧道内容物本身，如管道、管线等，不太关心对地下隧道内的环境监测。而其他隧道监测领域在检测数据的传输上大多还是采用传统的有线或无线方式，其效率低、能耗高、智能化程度差，并且各种检测方案的兼容性和拓展性也较差。


技术实现要素：

4.为了解决以上问题，本实用新型的目的是提供一种基于物联网技术的、可同时监测地下隧道内多种环境参数的环境监测系统，包括对多种有害气体和地下水浸透水位的监测，其监测效果好，能耗低，无论是在大型地下隧道还是在小型地下隧道内均可应用，并且可以使各种传感器间、传感器与管理端间建立泛在连接，实现对隧道内环境的智能化感知、识别和管理。
5.为了实现以上目的，本实用新型采用的技术方案：
6.基于zigbee物联网技术的地下隧道环境监测系统，包括：
7.多个环境信息采集模块、数据传输协调器和后端处理模块；
8.所述环境信息采集模块固定设置于密闭作业场所的待检测区域，多个环境信息采集模块通过有线或无线的方式与所述数据传输协调器连接以实现数据交换；所述数据传输协调器通过有线或无线的方式与所述后端处理模块连接以实现数据交换；
9.其中，所述环境信息采集模块包括环境监测传感器和zigbee物联网传输单元；所述zigbee 物联网传输单元将所述环境监测传感器收集的环境数据发送给所述数据传输协调器。
10.在一些较优的实施例中，所述环境监测传感器包括：一氧化碳传感器、氧气传感器、硫化氢传感器、可燃气体传感器、有毒气体检测传感器和\或投入式液位传感器。
11.在一些较优的实施例中，所述数据传输协调器包括：带有rs485数据传输串口的嵌入式工控设备和互联网接入设备；
12.所述嵌入式工控设备接收并缓存环境信息采集模块传输的环境数据，并通过rs485数据传输串口传输给互联网接入设备；
13.所述互联网接入设备通过有线或无线的方式与所述服务器连接以实现数据交换。
14.在一些较优的实施例中，所述后端处理模块包括：服务器单元和管理单元；
15.所述服务器单元设置在云端，通过tcp/ip协议与所述数据传输协调器实现数据交换；
16.所述管理单元通过互联网访问所述服务器单元。
17.本实用新型的有益效果：
18.本实用新型能够同时监测地下隧道内多种环境参数，包括对多种有害气体和地下水浸透水位的监测，其监测效果好，能耗低，无论是在大型地下隧道还是在小型地下隧道内均可应用，并且可以使各种传感器间、传感器与管理端间建立泛在连接，实现对隧道内环境的智能化感知、识别和管理。
附图说明
19.图1为本实用新型的一种较优实施例的结构示意图；
20.图2为本实用新型的另一种较优实施例的结构示意图；
21.图3为本实用新型的另一种较优实施例中后端处理模块的结构示意图；
22.图中：1、环境信息采集模块；2、数据传输协调器；3、后端处理模块；4、环境监测传感器；5、zigbee物联网传输单元；6、一氧化碳传感器；7、氧气传感器；8、硫化氢传感器； 9、可燃气体传感器；10、有毒气体检测传感器；11、投入式液位传感器；12、服务器单元； 13、管理单元。
具体实施方式
23.为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
24.如图1所示，本实用新型提供了基于zigbee物联网技术的地下隧道环境监测系统，包括：
25.多个环境信息采集模块1、数据传输协调器2和后端处理模块3；
26.所述环境信息采集模块1固定设置于密闭作业场所的待检测区域，多个环境信息采集模块1通过有线或无线的方式与所述数据传输协调器2连接以实现数据交换；所述数据传输协调器2通过有线或无线的方式与所述后端处理模块3连接以实现数据交换；
27.其中，所述环境信息采集模块1包括环境监测传感器4和zigbee物联网传输单元5；所述zigbee物联网传输单元5将所述环境监测传感器4收集的环境数据发送给所述数据传输协调器2。
28.应当理解的是，所述物联网技术internet of things，简称iot是指通过各种传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，实时采集需要监控、连接、互动的信息或数据，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理，它让所有能够被独立寻址的普通物理对
象形成互联互通的网络。
29.zigbee紫蜂与蓝牙类似，是一种低速短距离传输的无线网上协议，底层是采用 ieee802.15.4标准规范的媒体访问层与物理层。主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网上节点、支持多种网上拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。相较于传统网络通信技术， zigbee无线通信技术表现出更为高效、便捷的特征。通常而言，zigbee开展传输处理过程中对应需求的功率为1mw。倘若zigbee进入休眠状态，则其所需的功率将更低。因此，在将其应用于密闭性较强的地下隧道作业场所内时，通过为装置有zigbee的设备配备两节5号电池，该设备便可持续运行超过6个月的时间，十分适合地下隧道等密闭场所的使用。
30.更进一步的是，为每个环境监测传感器4配备zigbee物联网传输单元5，可以使各种传感器间、传感器与管理端间建立泛在连接，实现对隧道内环境的智能化感知、识别和管理。其具体实现方式可以由本领域技术人员根据现场实际情况设置。在一种较优的实施例中，本实用新型给出了一种设置方式：将环境监测传感器4与zigbee物联网传输单元5连接并放置在待检测区域的合适位置；将数据传输协调器2与主zigbee物联网传输单元5通过有线串口连接，以实现与环境监测传感器4的无线数据传输。
31.其中，在一些较优的实施例中，所述zigbee物联网传输单元5可以是中鼎泰克牌的 drf2659c型号zigbee模块。
32.如图2所示，在另一些较优的实施例中，所述环境监测传感器4包括：所述环境监测传感器4包括：一氧化碳传感器6、氧气传感器7、硫化氢传感器8、可燃气体传感器9、有毒气体检测传感器10和\或投入式液位传感器11。应当理解的是，本领域技术人员可以根据现场的实际情况以及作业指导书的要求设置其他的环境监测传感指标并搭配相应的传感器，例如还可以设置二氧化碳等其他环境监测传感器，所述有毒气体检测传感器10可根据实际应用环境选择氯气、一氧化氮、氰化氢等有毒气体检测传感器。
33.进一步的是，气体传感器用于监测待检测区域的危险气体浓度，所述投入式液位传感器 11用于监测待检测区域的渗水深度。应当理解的是，在隧道施工作业中，地下水对于隧道的渗透是无法完全杜绝的，因此，对于重点区域，例如设备聚集区域或供电区域的液位监测就显得格外重要。
34.在一些较优的实施例中，上述环境监测传感器4的输出方式优选为rs485通信协议输出，并且其具体品牌与型号可以由本领域的技术人员根据现场的实际情况确定，本技术不作进一步的要求。
35.在一些较优的实施例中，所述数据传输协调器2包括：带有rs485数据传输串口的嵌入式工控设备和互联网接入设备；所述嵌入式工控设备接收并缓存环境信息采集模块1传输的环境数据，并通过rs485数据传输串口传输给互联网接入设备；所述互联网接入设备通过有线或无线的方式与所述服务器连接以实现数据交换。
36.其中，所述嵌入式工控设备可以是x86平台的工控机，所述互联网接入设备为支持tcp/ip 协议的有线或无线互联网接入设备。
37.如图3所示，在另一些较优的实施例中，所述后端处理模块3包括：服务器单元12和管理单元13；
38.所述服务器单元12设置在云端，通过tcp/ip协议与所述数据传输协调器2实现数据交换；
39.所述管理单元13通过互联网访问所述服务器单元12。
40.应当理解的是，所述管理单元13应当具有人机交互功能，可以方便管理人员或操作人员从远端服务器中读起环境监测数据。进一步的，所述管理单元13还具有其它拓展单元，方便根据现场的事情情况和需要接入其他的功能模块，例如可以接入报警功能模块，其设置为根据预先设定的阈值，在对应环境参数超出或低于该预设阈值时，自动报警。
41.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。