一种可燃性粉尘自动识别判断及报警系统
阅读说明：本技术 一种可燃性粉尘自动识别判断及报警系统 (Combustible dust automatic identification judges and alarm system ) 是由 韩海涵 曹丽中 孙江伟 黄洋 吴忌 苏宇炜 于 2021-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种可燃性粉尘自动识别判断及报警系统,包括数据采集模块、数据传输模块、智能主机、调控模块和报警模块,数据采集模块用于对现场各类粉尘及浓度进行不间断的数据采集、跟踪与统计分析,数据传输模块用于对数据的传输,智能主机用于对数据的分析和预警。本发明利用数据采集模块和智能主机相配合的设置方式,实现对空气中多种不同粒径范围的粉尘浓度测量和统计,基于成像法的工业微细粉尘监测系统实现对微颗粒信息及其颗粒粒径实时监测,基于多点连续监测,形成金属抛光粉尘三维空间分布场,基于云计算技术,组建分布式测控网络,体现了工业互联网+安全生产的整体融合应用,将信息技术完美应用到安全生产行业。(The invention discloses an automatic combustible dust identification, judgment and alarm system which comprises a data acquisition module, a data transmission module, an intelligent host, a regulation and control module and an alarm module, wherein the data acquisition module is used for carrying out uninterrupted data acquisition, tracking and statistical analysis on various kinds of dust and concentration on site, the data transmission module is used for transmitting data, and the intelligent host is used for analyzing and early warning the data. The invention utilizes a setting mode of matching a data acquisition module and an intelligent host to realize the measurement and statistics of dust concentration in the air in various different particle size ranges, an industrial fine dust monitoring system based on an imaging method realizes the real-time monitoring of fine particle information and particle size thereof, a metal polished dust three-dimensional space distribution field is formed based on multi-point continuous monitoring, a distributed measurement and control network is established based on a cloud computing technology, the integral fusion application of industrial internet and safety production is embodied, and the information technology is perfectly applied to the safety production industry.)
技术领域
本发明涉及气体粉尘爆炸防治领域，特别涉及一种可燃性粉尘自动识别判断及报警系统。
背景技术
各制造行业在生产和存储的过程中会不可避免的产生的各类粉尘，进而形成粉尘空气混合物，随着时间的推移，加上相对封闭的环境，粉尘的浓度便会不断提高，很容易引起粉尘燃烧或爆炸，给人们生命及财产造成巨大损失。粉尘现场情况复杂，粉尘大小、浓度、燃点各不相同，传统检测方式不能做到精确区分、正确预警，给安全生产留下了很大的隐患，限制了企业的健康发展。
现有的粉尘预警系统在安全生产过程中起到了一定的效果,但依然存在诸多不足,存在很大的改进空间。
1、监测功能单一，偏重于住宅以及室外粉尘浓度的监测，缺乏对于工厂等特定场所产生的特定粉尘浓度的监测，不能按照多类粉尘独有的特性进行针对性的浓度监测；
2、网络化水平低，并非完全网络化的全数字系统,对外缺乏网络接口,无法实现信息的对外共享发布,无法组建远程监测及管理系统；
3、智能化未实现，未全部实现数字化及智能化,不符合物联网的技术方向；同时系统缺乏智能分析功能，只局限在监测层级,不符合设备状态监测领域的技术水平。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可燃性粉尘自动识别判断及报警系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可燃性粉尘自动识别判断及报警系统，包括数据采集模块、数据传输模块、智能主机、调控模块和报警模块，所述数据采集模块用于对现场各类粉尘及浓度进行不间断的数据采集、跟踪与统计分析，所述数据传输模块用于对数据的传输，所述智能主机用于对数据的分析和预警，所述调控模块用于对现场的粉尘调控，所述报警模块用于发出声音进行报警；
所述数据采集模块包括粉尘浓度监测子模块，粉尘浓度监测子模块内部吸气以一定的比例进行空气采样，当采样气体中的粒通过光源等收束的光束时，产生光散射现象，散射光通过光电变换器变为电信号，粒子越大得出该脉冲信号就越大，通过此时的波峰值和脉冲数就可得出每个粒径的个数浓度，即通过测试散射光的数量和强度，得出实时测试数据。
优选的，所述数据采集模块还包括温度监测子模块和湿度监测子模块，所述温度监测子模块用于对环境的温度进行检测，所述湿度监测子模块用于对环境的湿度进行监测，所述温度监测子模块通过DSB测温模块实现多点测温，针对单总线DSB测温电缆中序列号传统二叉树搜索算法效率低的问题,基于对单根测温电缆的不同DSB序列号中相同家族码和位数的标识,设计一种优化的二叉树搜索算法。
优选的，所述数据传输模块用于对数据终端和智能主机之间的数据传输，所述数据传输模块结合LoRa无线传输技术的优势,设计了一种基于星型网络结构的低功耗远距离数据传输方案，基于信道活动检测实现休眠机制,两种方式结合的低功耗唤醒模式,按照模块号有序上传数据和采用Contiki嵌入式系统实现多进程高效工作。
优选的，所述智能主机包括数据接收子模块、数据存储子模块和数据预测子模块，所述智能主机基于嵌入式ARM+Linux的平台的搭建和设计了一种基于局部加权线性回归算法的预测模型，结合历史的与下一时刻传感器数据的相关性,通过预测点附近数据分配不同的权重,设计了一种基于局部加权线性回归算法的预测模型，通过该模型与基于线性回归算法的预测模型的对比, 通过LoRa终端和系统功能的测试与分析。
优选的，所述数据终端包括物联网平台、互联网无线网关和物联网粉尘监测终端。
优选的，所述物联网平台与远程无线网关以NB-IoT方式进行双向通信，一个平台可以管理多达65536个无线网关，通过显示器可以方便地给各无线网关下达指令以控制各粉尘监测点，在PC机显示器上能显示监测点粉尘的浓度以及相关的附加信息，在粉尘浓度达到规定的上限时，发出声音告警，服务器平台与远程无线网关通过NB-IoT进行双向通信，离线告警及处理方式，设备离线后，平台产生告警，提醒维护人员去查看处理。
优选的，所述互联网无线网关通过NB-IoT与服务器通信，通过终端LoRa 与粉尘监测通信，一个互联网无线网关可以与50个物联网粉尘监测终端进行无线组网，并与物联网平台进行双向通信，以无线方式与现场多达50个物联网粉尘监测终端进行组网，同时转发监测点的数据，收到各粉尘监测点的数据，在1秒内转发给物联网平台，设备因干扰或不可预知原因造成程序运行出错的，可自动重启和自检，数据不丢失，自动重启时间小于10秒。
优选的，所述物联网粉尘监测终端与无线网关通过LoRa连接组网，安装有粉尘传感器，对现场粉尘根据指令进行检测，对所在的环境能在指令的控制下监测粉尘的浓度，将监测到的粉尘浓度数据发送给无线网关，各监测点以编码以及设备方式区分，监测点与无线网关通信采用确认机制，以避免干扰而不能让数据正确接收，设备因干扰或不可预知原因造成程序运行出错的，可自动重启和自检，数据不丢失。
本发明的技术效果和优点：
本发明利用数据采集模块和智能主机相配合的设置方式，实现了对空气中多种不同粒径范围的粉尘浓度测量和统计，基于成像法的工业微细粉尘监测系统实现对微颗粒信息及其颗粒粒径实时监测，基于多点连续监测，形成金属抛光粉尘三维空间分布场，基于云计算技术，组建分布式测控网络，体现了工业互联网+安全生产的整体融合应用，将信息技术完美应用到安全生产行业。
附图说明
图1为本发明硬件设备中粉尘浓度监测子模块的内部架构。
图2为本发明系统框图。
图3为本发明数据采集模块框图。
图4为本发明数据传输模块框图。
图5为本发明智能主机框图。
图6为本发明数据终端框图。
图7为本发明的硬件工作拓扑图。
图中：1、数据采集模块；101、温度监测子模块；102、湿度监测子模块； 103、粉尘浓度监测子模块；2、数据传输模块；201、数据终端；3、智能主机；301、数据接收子模块；302、数据存储子模块；303、数据预测子模块； 4、报警模块；5、调控模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了如图1-7所示的一种可燃性粉尘自动识别判断及报警系统，包括数据采集模块1、数据传输模块2、智能主机3、调控模块5和报警模块4，其特征在于，数据采集模块1用于对现场各类粉尘及浓度进行不间断的数据采集、跟踪与统计分析，数据传输模块2用于对数据的传输，智能主机3 用于对数据的分析和预警，调控模块5用于对现场的粉尘调控，报警模块4 用于发出声音进行报警；
数据采集模块1包括粉尘浓度监测子模块103，粉尘浓度监测子模块103 内部吸气以一定的比例进行空气采样，当采样气体中的粒通过光源等收束的光束时，产生光散射现象，散射光通过光电变换器变为电信号，粒子越大得出该脉冲信号就越大，通过此时的波峰值和脉冲数就可得出每个粒径的个数浓度，即通过测试散射光的数量和强度，得出实时测试数据，数据采集模块1 还包括温度监测子模块101和湿度监测子模块102，温度监测子模块101用于对环境的温度进行检测，湿度监测子模块102用于对环境的湿度进行监测，温度监测子模块101通过DS18B20测温模块实现多点测温，针对单总线 DS18B20测温电缆中序列号传统二叉树搜索算法效率低的问题,基于对单根测温电缆的不同DS18B20序列号中相同家族码和位数的标识,设计一种优化的二叉树搜索算法，该算法能够保证搜索准确性,同时提高搜索效率数据传输模块 2用于对数据终端201和智能主机3之间的数据传输，数据传输模块2结合 LoRa无线传输技术的优势,设计了一种基于星型网络结构的低功耗远距离数据传输方案，基于信道活动检测实现休眠机制,两种方式结合的低功耗唤醒模式,按照模块号有序上传数据和采用Contiki嵌入式系统实现多进程高效工作。
智能主机3包括数据接收子模块301、数据存储子模块302和数据预测子模块303，智能主机3基于嵌入式ARM+Linux的平台的搭建和设计了一种基于局部加权线性回归算法的预测模型，结合历史的与下一时刻传感器数据的相关性,通过预测点附近数据分配不同的权重,设计了一种基于局部加权线性回归算法的预测模型，通过该模型与基于线性回归算法的预测模型的对比,通过 LoRa终端和系统功能的测试与分析，通过LoRa终端和系统功能的测试与分析, 多组测试结果表明,本系统设计的粉尘现场监测系统传输距离远和系统功耗低,并具有智能预警的功能。
数据终端包括物联网平台、互联网无线网关和物联网粉尘监测终端，物联网平台与远程无线网关以NB-IoT方式进行双向通信，一个平台可以管理多达65536个无线网关，通过显示器可以方便地给各无线网关下达指令以控制各粉尘监测点，在PC机显示器上能显示监测点粉尘的浓度以及相关的附加信息，在粉尘浓度达到规定的上限时，发出声音告警，服务器平台与远程无线网关通过NB-IoT进行双向通信，离线告警及处理方式，设备离线后，平台产生告警，提醒维护人员去查看处理，互联网无线网关通过NB-IoT与服务器通信，通过终端LoRa与粉尘监测通信，一个互联网无线网关可以与50个物联网粉尘监测终端进行无线组网，并与物联网平台进行双向通信，以无线方式与现场多达50个物联网粉尘监测终端进行组网，同时转发监测点的数据，收到各粉尘监测点的数据，在1秒内转发给物联网平台，设备因干扰或不可预知原因造成程序运行出错的，可自动重启和自检，数据不丢失，自动重启时间小于10秒，物联网粉尘监测终端与无线网关通过LoRa连接组网，安装有粉尘传感器，对现场粉尘根据指令进行检测，对所在的环境能在指令的控制下监测粉尘的浓度，将监测到的粉尘浓度数据发送给无线网关，各监测点以编码以及设备方式区分，监测点与无线网关通信采用确认机制，以避免干扰而不能让数据正确接收，设备因干扰或不可预知原因造成程序运行出错的，可自动重启和自检，数据不丢失。
通过互联网LoRa无线方式，将多种无线传感设备接入终端与无线网关连接起来，构建本地低速无线传感网络；
网关通过NB_IoT连接到工业互联网服务器平台，与平台构成双向低速通信。平台可以预警、可以设置、以及显示预警的详细信息等
本发明工作原理：
本发明是通过数据采集模块1，通过粉尘浓度监测子模块103的光散射技术对现场各类粉尘及浓度进行不间断的数据采集、跟踪与统计分析然后通过温度监测子模块101和湿度监测子模块102对现场的温度和湿度进行采集，同时集成了温湿度的监测配合算法及时发现并防范粉尘爆炸，经云平台大数据分析，通过数据传输模块2将数据传输给智能主机3，然后智能主机3做出反应及时向安全管理人员发送预警信息，报警模块4发出声响，自动定位设备、事先预警，告知相关人员处理，达到预先消除潜在的粉尘爆炸危险，同时通过调控模块5控制风扇进行转动，实现对现场粉尘浓度、温度和湿度的调控，然后再反馈给数据采集模块1。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
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