本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，具體而言，涉及一種沼氣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

沼氣工程將廢棄物轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉?，是典型的綠色環(huán)保和循環(huán)經(jīng)濟(jì)工程，將自動(dòng)控制與在線監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用于沼氣工程，對(duì)于提高沼氣的生產(chǎn)水平和生產(chǎn)率以及推廣應(yīng)用具有重要意義。沼氣作為一種新型的清潔能源，在我國(guó)新農(nóng)村建設(shè)中得到了快速推廣和應(yīng)用，并取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和區(qū)域環(huán)境效益。隨著農(nóng)村用戶對(duì)沼氣需求的快速增長(zhǎng)，沼氣工程實(shí)時(shí)規(guī)模也隨之增大，沼氣的產(chǎn)氣效能和安全使用管理將成為非常突出的問(wèn)題。

物聯(lián)網(wǎng)是一種新興的信息技術(shù)，是在通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)各種信息傳感器設(shè)備，如射頻識(shí)別裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等裝置把物品和物聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)測(cè)和管理的一種網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)物與物、人與物之間的信息交換和通信。隨著監(jiān)測(cè)技術(shù)朝著智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)可以有效推進(jìn)農(nóng)村沼氣工程監(jiān)測(cè)信息化的進(jìn)程。目前，農(nóng)村沼氣工程數(shù)量大，位置分布廣泛，主要以人工管理方式為主，需要耗費(fèi)巨大的人力、物力、而且對(duì)于輸氣管道漏氣造成的爆炸等安全問(wèn)題不能進(jìn)行有效的監(jiān)控。

通過(guò)建立基于物聯(lián)網(wǎng)工程的農(nóng)村沼氣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)沼氣工程生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、監(jiān)控、預(yù)警，保障沼氣工程安全穩(wěn)定運(yùn)行，提升沼氣工程整體管理水平。通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)警數(shù)據(jù)的分析、研究和處理，細(xì)化沼氣工程運(yùn)行模式，有效減少能源消耗，提升沼氣工程的綜合效益，使沼氣工程成為管理科學(xué)、資源節(jié)約、環(huán)境友好、效益顯著的產(chǎn)業(yè)。實(shí)現(xiàn)精確統(tǒng)計(jì)沼氣工程產(chǎn)氣量、進(jìn)一步為沼氣工程科學(xué)監(jiān)測(cè)提供依據(jù)，為政府宏觀調(diào)控提供支撐服務(wù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明首先涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)村沼氣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于獲取大型畜牧場(chǎng)廢物利用沼氣工程實(shí)時(shí)液體流量、沼氣流量、成分、ph值、二氧化碳、硫化氫和溫度數(shù)據(jù)；

所述的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可手機(jī)查看數(shù)據(jù)，分省、市、縣、業(yè)主四級(jí)網(wǎng)絡(luò)權(quán)限訪問(wèn)，對(duì)各中小型沼氣工程數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)報(bào)表，包括日、月、季度、年度數(shù)據(jù)報(bào)表，歷史趨勢(shì)分析；

所述的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可根據(jù)小型沼氣工程流量、成分?jǐn)?shù)據(jù)指導(dǎo)確定沼氣工程的進(jìn)出料時(shí)間。是沼氣工程驗(yàn)收、監(jiān)督、運(yùn)行的可靠數(shù)據(jù)來(lái)源。

本發(fā)明根據(jù)農(nóng)村沼氣工程監(jiān)測(cè)分析結(jié)果和結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)特征，設(shè)計(jì)農(nóng)村沼氣工程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述的農(nóng)村沼氣工程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)包括：

檢測(cè)傳感器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、遠(yuǎn)程服務(wù)器系統(tǒng)和終端桌面操作系統(tǒng)。

所述的檢測(cè)傳感器系統(tǒng)(如圖1所示)將監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分成多個(gè)監(jiān)測(cè)模塊，監(jiān)測(cè)模塊通過(guò)采集沼氣工程和環(huán)境的各項(xiàng)參數(shù)獲取各類實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，所述的采集參數(shù)使用無(wú)線傳感器進(jìn)行采集，所述的監(jiān)測(cè)模塊還顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并控制泵或閥等裝置。

所述的監(jiān)測(cè)模塊采集的沼氣工程和環(huán)境的各項(xiàng)參數(shù)指沼氣池內(nèi)環(huán)境、周?chē)h(huán)境和沼氣管道環(huán)境的環(huán)境參數(shù)，具體的，所述的參數(shù)包括但不限于，

(1)沼液溫度、沼氣液位、沼氣壓力、沼氣濃度；

(2)環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、降雨量、pm2.5含量；

(3)廢水成分、廢氣成分。

所述的監(jiān)測(cè)模塊包括但不限于，罐內(nèi)甲烷監(jiān)測(cè)模塊、罐外甲烷監(jiān)測(cè)模塊、ph值監(jiān)測(cè)模塊、硫化氫監(jiān)測(cè)模塊、環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊、液體流量監(jiān)測(cè)模塊、氣體流量監(jiān)測(cè)模塊、二氧化碳監(jiān)測(cè)模塊、罐內(nèi)溫度監(jiān)測(cè)模塊、無(wú)線視頻監(jiān)測(cè)模塊。

所述的各個(gè)監(jiān)測(cè)模塊分別或組合的使用不同的無(wú)線傳感器達(dá)到監(jiān)測(cè)目標(biāo)，所述的傳感器包括但不限于高濃度甲烷傳感器、低濃度甲烷傳感器、液體流量傳感器、氣體流量傳感器、ph計(jì)、二氧化碳傳感器、硫化氫傳感器和溫度傳感器。

所述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)應(yīng)用層主要由數(shù)據(jù)服務(wù)器、監(jiān)測(cè)終端構(gòu)成數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)中心。用戶可以將監(jiān)測(cè)終端接入internet網(wǎng)，在任何時(shí)候、任何地點(diǎn)監(jiān)測(cè)所采集的現(xiàn)場(chǎng)信息，對(duì)沼氣池的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和分析，實(shí)現(xiàn)沼氣池的安全管理要求。

所述的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(如圖2所示)包括無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(檢測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)集合/數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))、無(wú)線網(wǎng)關(guān)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心。

所述的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)收集設(shè)置于所述的各個(gè)監(jiān)測(cè)模塊的數(shù)據(jù)，對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)模塊進(jìn)行控制和維護(hù)。

所述的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與所述遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心之間的通信通過(guò)無(wú)線網(wǎng)關(guān)完成。

優(yōu)選的，所述的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于ieee802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的完整協(xié)議體系，采用混合型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)路由算法選擇合理路徑，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可靠傳輸。

所述的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)：

協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)建立和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，為路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)分配惟一的16位網(wǎng)絡(luò)地址，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間的通信；

路由器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)終端節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)接，利用網(wǎng)絡(luò)自組織特性，所有終端節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)路由節(jié)點(diǎn)最終匯聚到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)；

終端節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)傳感數(shù)據(jù)的采集和預(yù)處理。

優(yōu)選的，所述的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(如圖4所示)采用zigbee無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)，最優(yōu)選的，選擇ti公司的zigbee芯片cc2530f256構(gòu)建。

cc2530f256芯片是一種支持ieee802.15.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的片上系統(tǒng)，集成高性能8051微控制器內(nèi)核和高性能2.4ghz射頻收發(fā)模塊，擁有8kb的ram和256kbflash程序存儲(chǔ)器，支持z-stack2007協(xié)議棧，提供3種電源管理模式，具有超低功耗的特點(diǎn)。

優(yōu)選的，所述的終端節(jié)點(diǎn)以cc2530f256芯片為控制核心(構(gòu)建終端節(jié)點(diǎn)的硬件平臺(tái)如圖4所示)，通過(guò)溫度傳感器、液位傳感器、壓力傳感器和濃度傳感器獲取沼氣監(jiān)測(cè)參數(shù)，經(jīng)過(guò)適當(dāng)數(shù)據(jù)處理后，按照節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)通信協(xié)議將其傳輸給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。

其中，串口電路主要實(shí)現(xiàn)硬件接口擴(kuò)展和完成程序調(diào)試；復(fù)位電路用來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)死機(jī)或程序跑飛等意外情況的系統(tǒng)恢復(fù)；電源模塊負(fù)責(zé)整個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量供應(yīng)。

優(yōu)選的，電源模塊采用3.7v鋰電池通過(guò)微功耗電源管理芯片ht7533輸出3.3v供電電壓。

所述的無(wú)線網(wǎng)關(guān)中包括gprs數(shù)據(jù)模塊，用于將接收的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)通過(guò)gprs數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)再發(fā)送到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心。

具體的，所述的無(wú)線網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)所述的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的控制和維護(hù)，完成信息的融合處置，實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與gprs數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)之間通訊協(xié)議的轉(zhuǎn)換，利用gprs數(shù)據(jù)模塊接入到gprs數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)(如圖3所示)中。

優(yōu)選的，所述gprs數(shù)據(jù)模塊和所述無(wú)線網(wǎng)關(guān)的通過(guò)rs485接口相連，所述gprs數(shù)據(jù)模塊和所述遠(yuǎn)程服務(wù)器系統(tǒng)通過(guò)4g網(wǎng)絡(luò)相連。

所述的gprs數(shù)據(jù)模塊支持tcp/ip協(xié)議，采用符合rs-232/rs485方案的標(biāo)準(zhǔn)的串行通信接口與外部電路進(jìn)行通信，通過(guò)串口電路利用at控制指令實(shí)現(xiàn)模塊通信；

所述的gprs傳輸模塊的電源模塊采用鋰電池對(duì)整個(gè)硬件進(jìn)行供電；

優(yōu)選的，所述的gprs傳輸模塊為simcom公司的sim900模塊，其結(jié)構(gòu)圖如圖5所示，其中，指示燈模塊主要是用于指示gprs模塊是否工作正常，當(dāng)gprs模塊不能正常工作時(shí)，指示燈模塊可以通過(guò)不同的閃爍特點(diǎn)提示出錯(cuò)信息；看門(mén)狗模塊主要用戶時(shí)間糾正，當(dāng)時(shí)間發(fā)生偏移時(shí)，看門(mén)狗運(yùn)行，保證時(shí)間同步。

所述的終端桌面操作系統(tǒng)為數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)中心，其中包括監(jiān)測(cè)終端。

所述的監(jiān)測(cè)終端基于c/s(client/server)結(jié)構(gòu)和/或基于b/s(browser/server)的單一或混合結(jié)構(gòu)模式；優(yōu)選的，所述的檢測(cè)終端基于c/s和b/s混合結(jié)構(gòu)模式。

所述的監(jiān)測(cè)終端包括：pc機(jī)上的監(jiān)測(cè)中心軟件和/或用于智能手機(jī)瀏覽web界面；

所述的監(jiān)測(cè)中心軟件為c/s結(jié)構(gòu)，主要包括：用戶權(quán)限管理模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)管理和監(jiān)測(cè)控制功能模塊；其中，所述數(shù)據(jù)管理模塊可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、顯示、查詢和自動(dòng)預(yù)警功能。

所述的用于智能手機(jī)瀏覽web界面為b/s結(jié)構(gòu)(即瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu))，其功能為通過(guò)開(kāi)啟上網(wǎng)功能的智能手機(jī)瀏覽web界面隨時(shí)查看數(shù)據(jù)。

所述的終端桌面操作系統(tǒng)(如圖6所示)包括數(shù)據(jù)顯示模塊、數(shù)據(jù)比較模塊、大數(shù)據(jù)分析模塊、圖像顯示模塊、系統(tǒng)預(yù)警模塊、人員權(quán)限管理模塊、數(shù)據(jù)用戶開(kāi)放模塊、政務(wù)監(jiān)管模塊，具體的，

數(shù)據(jù)顯示模塊：用于在終端設(shè)備上顯示采集傳感器所采集到的數(shù)據(jù)，方便用戶查看；

數(shù)據(jù)比較模塊：用于在終端設(shè)備中不同的數(shù)據(jù)之間的比較；

大數(shù)據(jù)分析模塊：用于觀測(cè)某一監(jiān)測(cè)信息在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)變化情況，分析數(shù)據(jù)變化是否出現(xiàn)異常；

圖形顯示模塊：用于實(shí)時(shí)顯示所監(jiān)測(cè)區(qū)域的圖像內(nèi)容；

系統(tǒng)預(yù)警模塊：通過(guò)預(yù)先設(shè)置預(yù)警信息，當(dāng)采集數(shù)據(jù)偏移預(yù)先設(shè)置的信息較大時(shí)，系統(tǒng)提供報(bào)警；

人員權(quán)限管理：用于管理不同用戶所具有的權(quán)限；

數(shù)據(jù)開(kāi)放模塊：對(duì)系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)，向普通用戶提供某些數(shù)據(jù)的開(kāi)放服務(wù)，用戶可以通過(guò)api訪問(wèn)這些數(shù)據(jù)；

政府監(jiān)管模塊：通過(guò)該模塊政府部分可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)某些數(shù)據(jù)情況，該模塊需要政府部分決定可以查看哪些信息。

附圖說(shuō)明

圖1.檢測(cè)傳感器系統(tǒng)功能圖。

圖2.數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

圖3.gprs數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。

圖4.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

圖5.grps傳輸模塊結(jié)構(gòu)圖。

圖6.終端桌面操作系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一

1.在大型沼氣池的畜牧場(chǎng)廢物進(jìn)入沼氣罐的入口處安裝液體流量傳感器，傳感器采用220v供電，0-20ma電流輸出，信號(hào)線和電源線通過(guò)埋設(shè)地下管道連接至傳感器控制中心。

2.在沼氣池產(chǎn)生沼氣的管道中安裝氣體流量傳感器、硫化氫傳感器、二氧化碳傳感器，傳感器采用24v供電，0-20ma電流輸出，信號(hào)線和電源線連接至傳感器控制中心。

3.在畜牧廢物加工池加裝工業(yè)在線ph計(jì)設(shè)備，設(shè)備24v供電，0-20ma電流輸出，信號(hào)線和電源線通過(guò)埋設(shè)地下管道連接至傳感器控制中心。

4.在沼氣池加裝溫度傳感器，設(shè)備24v供電，0-20ma電流輸出，信號(hào)線和電源線通過(guò)埋設(shè)地下管道連接至傳感器控制中心。

5.傳感器控制中心負(fù)責(zé)收集所有傳感器采集到的數(shù)據(jù)，通過(guò)分析，壓縮數(shù)據(jù)包，利用4g網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。

6.遠(yuǎn)程服務(wù)器中通過(guò)安裝tcp/ip協(xié)議端口掃描程序，實(shí)時(shí)掃描數(shù)據(jù)端口，獲取遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中。

7.遠(yuǎn)程桌面操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)向用戶提供可視化的數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)分析，用戶通過(guò)網(wǎng)頁(yè)登錄網(wǎng)上管理系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)查詢沼氣監(jiān)測(cè)情況。

8.手機(jī)app操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)用戶通過(guò)手機(jī)終端實(shí)時(shí)了解沼氣監(jiān)測(cè)情況，用戶通過(guò)安裝app軟件，登錄系統(tǒng)即可及時(shí)查詢相關(guān)的信息。

最后需要說(shuō)明的是，以上實(shí)施例，僅為方便本領(lǐng)域技術(shù)人員充分理解本發(fā)明的實(shí)施方案作用，并不解釋為對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步限制。