一種基于arm9的沼氣監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于ARM9的沼氣監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：包含采集單元、數(shù)字傳感器陣列、模擬傳感器陣列、主控單元、電源模塊、CF卡、SD卡、數(shù)據(jù)服務(wù)器、用戶遠(yuǎn)程監(jiān)控端。采用主控芯片ARM9對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、控制和存儲經(jīng)GPRS與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心進(jìn)行交互，從而實(shí)現(xiàn)對測量要素的實(shí)時(shí)監(jiān)測，便于監(jiān)控人員及時(shí)地解沼氣池運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，提高沼氣池的運(yùn)行效率和安全性能。把數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理分開設(shè)計(jì)，通過時(shí)鐘單元和復(fù)位單元合理安排任務(wù)之間的切換，以此來達(dá)到嵌入式系統(tǒng)低功耗的合理設(shè)計(jì)，延長蓄電池的使用壽命。
【專利說明】
一種基于ARM9的沼氣監(jiān)測系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種沼氣監(jiān)測系統(tǒng)，特別是一種基于ARM9的沼氣監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]中國能源消費(fèi)總量從1980年的6.02億噸標(biāo)準(zhǔn)煤增長到2014年的42.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，能源短缺及環(huán)境污染等問題日益凸顯，能源需求的急劇增加以及生態(tài)環(huán)境的日益惡化促使國家大力發(fā)展沼氣事業(yè)。沼氣分析主要是測量CH4，02、H2S和C02的濃度以及溫度和PH值。由于甲烷與空氣混合會(huì)有爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，因此在進(jìn)行氣體分析時(shí)，需要進(jìn)行設(shè)備的防爆處理，建立沼氣池信息在線實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)。
[0003]傳統(tǒng)沼氣池采用集中式結(jié)構(gòu)，主要由傳感器、采集器、通訊接口、系統(tǒng)電源等部分組成，尤其，數(shù)據(jù)采集器作為沼氣池的核心部分，必須與具體的傳感器匹配，接口也不夠豐富。無線傳輸方式中，采用通信量小，經(jīng)濟(jì)廉價(jià)的GSM短消息方式，從而無法達(dá)到對測量要素的實(shí)時(shí)監(jiān)測。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，采集器時(shí)時(shí)都在工作，加大了沼氣池的功耗，從而減短了蓄電池的使用壽命。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測、功耗低的基于ARM9的沼氣監(jiān)測系統(tǒng)。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種基于ARM9的沼氣監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:包含采集單元、數(shù)字傳感器陣列、模擬傳感器陣列、主控單元、電源模塊、CF卡、SD卡、數(shù)據(jù)服務(wù)器、用戶遠(yuǎn)程監(jiān)控端，所述采集單元用于沼氣池各成分實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)檢測和暫存，數(shù)字傳感器陣列和模擬傳感器陣列與采集單元連接用于采集沼氣池內(nèi)各成分的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，主控單元與采集單元連接用于處理來自數(shù)據(jù)檢測模塊的數(shù)據(jù)，CF卡和SD卡與主控單元連接用于存儲主控單元處理好的數(shù)據(jù)，電源模塊與主控單元和采集單元連接進(jìn)行供電，數(shù)據(jù)服務(wù)器與主控單元之間通過GPRS通信連接用于接收數(shù)據(jù)和存儲數(shù)據(jù)，用戶遠(yuǎn)程監(jiān)控端與數(shù)據(jù)服務(wù)器連接用于接收并顯示來自信息數(shù)據(jù)中心的指令了解沼氣池運(yùn)行狀態(tài)，采集單元和主控單元分別設(shè)置有時(shí)鐘模塊和復(fù)位模塊，用于控制采集單元和主控單元交替工作。
[0007]進(jìn)一步地，所述采集單元采用MSP430單片機(jī)。
[0008]進(jìn)一步地，所述數(shù)字傳感器陣列和模擬傳感器陣列包含溫度傳感器、CH4傳感器、H2S傳感器、02傳感器、C02傳感器和PH值傳感器。
[0009]進(jìn)一步地，所述溫度傳感器采用PT100、4線制測溫，輸出信號為電壓信號，其他傳感器的輸出信號均為電流信號。
[0010]進(jìn)一步地，所述主控單元采用型號為AT91RM9200的ARM9芯片。
[0011]進(jìn)一步地，所述用戶遠(yuǎn)程監(jiān)控端為個(gè)人計(jì)算機(jī)或者智能手機(jī)。
[0012]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果:采用主控芯片ARM9對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、控制和存儲經(jīng)GPRS與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心進(jìn)行交互，從而實(shí)現(xiàn)對測量要素的實(shí)時(shí)監(jiān)測，便于監(jiān)控人員及時(shí)地解沼氣池運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，提高沼氣池的運(yùn)行效率和安全性能。把數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理分開設(shè)計(jì)，通過時(shí)鐘單元和復(fù)位單元合理安排任務(wù)之間的切換，以此來達(dá)到嵌入式系統(tǒng)低功耗的合理設(shè)計(jì)，延長蓄電池的使用壽命。
【附圖說明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型的一種基于ARM9的沼氣監(jiān)測系統(tǒng)的模塊連接圖。
[0014]圖2是本實(shí)用新型的一種基于ARM9的沼氣監(jiān)測系統(tǒng)的采集單元連接圖。
[0015]圖3是本實(shí)用新型的一種基于ARM9的沼氣監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖并通過實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以下實(shí)施例是對本實(shí)用新型的解釋而本實(shí)用新型并不局限于以下實(shí)施例。
[0017]如圖所示，本實(shí)用新型的一種基于ARM9的沼氣監(jiān)測系統(tǒng)，包含采集單元、數(shù)字傳感器陣列、模擬傳感器陣列、主控單元、電源模塊、CF卡、SD卡、數(shù)據(jù)服務(wù)器、用戶遠(yuǎn)程監(jiān)控端，所述采集單元用于沼氣池各成分實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)檢測和暫存，數(shù)字傳感器陣列和模擬傳感器陣列與采集單元連接用于采集沼氣池內(nèi)各成分的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，主控單元與采集單元連接用于處理來自數(shù)據(jù)檢測模塊的數(shù)據(jù)，CF卡和SD卡與主控單元連接用于存儲主控單元處理好的數(shù)據(jù)，電源模塊與主控單元和采集單元連接進(jìn)行供電，數(shù)據(jù)服務(wù)器與主控單元之間通過GPRS通信連接用于接收數(shù)據(jù)和存儲數(shù)據(jù)，用戶遠(yuǎn)程監(jiān)控端與數(shù)據(jù)服務(wù)器連接用于接收并顯示來自信息數(shù)據(jù)中心的指令了解沼氣池運(yùn)行狀態(tài)，采集單元和主控單元分別設(shè)置有時(shí)鐘模塊和復(fù)位模塊，用于控制采集單元和主控單元交替工作。時(shí)鐘模塊能夠?yàn)橄裰骺匦酒捌渌K提供工作所需時(shí)鐘，使整個(gè)系統(tǒng)在統(tǒng)一時(shí)鐘下有條不紊的工作，并且提供定時(shí)功能。
[0018]采用GPRS通信來實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)信息中心之間的無線通信，GPRS通信具有網(wǎng)絡(luò)組建靈活方便，支持?jǐn)?shù)據(jù)透明傳輸按流量計(jì)費(fèi)等特點(diǎn)，非常適用于沼氣池?cái)?shù)據(jù)遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)傳輸。WG-8010 GPRS DTU內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，提供標(biāo)準(zhǔn)RS232數(shù)據(jù)接口，傳輸速率約為40?100 Kbit/s(與測量點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)情況有關(guān))。插上SIM卡，通過PC機(jī)將服務(wù)器的IP地址和端口號對GPRSDTU初始化配置，用戶設(shè)備就可以與服務(wù)器端通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)建立連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸。
[0019]數(shù)據(jù)服務(wù)器是從Internet獲得數(shù)據(jù)并解析協(xié)議包，然后按照一定規(guī)則把有效數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)存儲單元是管理有效數(shù)據(jù)、用戶信息和為查詢用戶提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。
[0020]采集單元采用MSP430單片機(jī)。數(shù)字傳感器陣列和模擬傳感器陣列包含溫度傳感器、CH4傳感器、H2S傳感器、02傳感器、C02傳感器和PH值傳感器。溫度傳感器采用PT100、4線制測溫，輸出信號為電壓信號，其他傳感器的輸出信號均為電流信號。各傳感器對沼氣池中各成分實(shí)時(shí)檢測得到的模擬數(shù)據(jù)，經(jīng)MSP430單片機(jī)內(nèi)部12位的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的到的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，存到MSP430內(nèi)部的FLASH中，待一定時(shí)間后(比如一分鐘)，MSP430把這一時(shí)間段的數(shù)據(jù)通過SPI發(fā)送給主控制器。
[0021]主控單元采用型號為AT91RM9200的ARM9芯片處理來自數(shù)據(jù)檢測模塊的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量的控制、存儲數(shù)據(jù)，然后將處理好的數(shù)據(jù)打包后通過GPRS發(fā)送至數(shù)據(jù)信息中心，與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心進(jìn)行交互。
[0022]用戶遠(yuǎn)程監(jiān)控端為個(gè)人計(jì)算機(jī)或者智能手機(jī)。使用Android智能手機(jī)作為系統(tǒng)指令接收終端，接收并顯示來自信息數(shù)據(jù)中心的指令，及時(shí)便捷地了解沼氣池運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，提高沼氣池的運(yùn)行效率。
[0023]本實(shí)用新型采用把數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理分開及優(yōu)化設(shè)計(jì)，以此來降低功耗，延長蓄電池的使用壽命，通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，實(shí)現(xiàn)用戶對沼氣池各要素的實(shí)時(shí)監(jiān)控。主要過程為:通過不同的傳感器對沼氣池中的CH4，02、H2 S和C02的濃度以及溫度和PH值進(jìn)行采集，每一分鐘采集完成后，MSP430將采集得到的數(shù)據(jù)打包存入內(nèi)部FLASH中，然后繼續(xù)采集。與此同時(shí)主控制單元ARM9每分鐘就會(huì)與MSP430通訊一次，發(fā)送命令獲取MSP430存儲的分鐘數(shù)據(jù)，開始處理數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量的控制、存儲數(shù)據(jù)，然后將處理好的數(shù)據(jù)打包后通過GPRS發(fā)送至數(shù)據(jù)服務(wù)器管理中心，整個(gè)任務(wù)完成后再次進(jìn)入休眠狀態(tài)，除非人為操作將其喚醒。數(shù)據(jù)服務(wù)器以Visual Stud12008為平臺，通過Winform控件從網(wǎng)絡(luò)上獲取沼氣池發(fā)回的數(shù)據(jù)信息，解析傳輸協(xié)議包后將數(shù)據(jù)幀還原，然后放入相應(yīng)的接收子程序，最后將數(shù)據(jù)顯示出來，并存入SQL Server數(shù)據(jù)庫。以使用Android智能手機(jī)作為系統(tǒng)指令接收終端的手機(jī)用戶可以通過手機(jī)，接收并顯示來自信息數(shù)據(jù)中心的指令，及時(shí)便捷地了解沼氣池運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，提高沼氣池的運(yùn)行效率。
[0024]本說明書中所描述的以上內(nèi)容僅僅是對本實(shí)用新型所作的舉例說明。本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例做各種修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離本實(shí)用新型說明書的內(nèi)容或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于ARM9的沼氣監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:包含采集單元、數(shù)字傳感器陣列、模擬傳感器陣列、主控單元、電源模塊、CF卡、SD卡、數(shù)據(jù)服務(wù)器、用戶遠(yuǎn)程監(jiān)控端，所述采集單元用于沼氣池各成分實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)檢測和暫存，數(shù)字傳感器陣列和模擬傳感器陣列與采集單元連接用于采集沼氣池內(nèi)各成分的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，主控單元與采集單元連接用于處理來自數(shù)據(jù)檢測模塊的數(shù)據(jù)，CF卡和SD卡與主控單元連接用于存儲主控單元處理好的數(shù)據(jù)，電源模塊與主控單元和采集單元連接進(jìn)行供電，數(shù)據(jù)服務(wù)器與主控單元之間通過GPRS通信連接用于接收數(shù)據(jù)和存儲數(shù)據(jù)，用戶遠(yuǎn)程監(jiān)控端與數(shù)據(jù)服務(wù)器連接用于接收并顯示來自信息數(shù)據(jù)中心的指令了解沼氣池運(yùn)行狀態(tài)，采集單元和主控單元分別設(shè)置有時(shí)鐘模塊和復(fù)位模塊，用于控制采集單元和主控單元交替工作。2.按照權(quán)利要求1所述的一種基于ARM9的沼氣監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述采集單元采用MSP430單片機(jī)。3.按照權(quán)利要求1所述的一種基于ARM9的沼氣監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)字傳感器陣列和模擬傳感器陣列包含溫度傳感器、CH4傳感器、H2S傳感器、02傳感器、C02傳感器和PH值傳感器。4.按照權(quán)利要求3所述的一種基于ARM9的沼氣監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述溫度傳感器采用PT100、4線制測溫，輸出信號為電壓信號，其他傳感器的輸出信號均為電流信號。5.按照權(quán)利要求1所述的一種基于ARM9的沼氣監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述主控單元采用型號為AT91RM9200的ARM9芯片。6.按照權(quán)利要求1所述的一種基于ARM9的沼氣監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述用戶遠(yuǎn)程監(jiān)控端為個(gè)人計(jì)算機(jī)或者智能手機(jī)。
【文檔編號】G05B19/042GK205450680SQ201620196331
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月15日
【發(fā)明人】程恩路, 張衛(wèi)國, 葉小嶺, 孫寧
【申請人】南京信息工程大學(xué)