基于無線傳感器網絡技術的液化石油氣鋼瓶管理系統

圖2中的傳感器模塊包括可燃氣體傳感器和溫度傳感器，主要用于監測可燃氣體濃度和鋼瓶表面溫度。信號調理模塊用于對傳感器輸出的信號進行放大、隔離、濾波等處理。微處理器模塊包括非易失性存儲器模塊，用于存儲嵌入式軟件程序、鋼瓶的身份信息(包括生產廠商、生產日期、年檢日期)等。微處理器模塊用于控制傳感器模塊、無線通信模塊、報警模塊的工作，同時處理傳感器模塊采集的數據和無線通信模塊接收的數據。無線通信模塊可將來自微處理器的數據上傳給中繼或網關節點，并可接收來自中繼或網關節點的下行查詢信息，將其送予微處理器處理。電源模塊用于為整個傳感器節點提供電源。報警模塊用于產生聲光報警信號。
系統中的存儲器模塊信息由液化石油氣鋼瓶檢查機關寫入。當檢查機關檢驗鋼瓶質量合格后，為鋼瓶安裝該無線傳感器節點，并將生產廠商、生產日期寫入非易失性存儲器模塊。鋼瓶檢查機關對鋼瓶定期檢測合格后，寫入最新的檢測日期。傳感器模塊受微處理器模塊控制對可燃氣體濃度和鋼瓶表面溫度進行采樣。可燃氣體傳感器將可燃氣體濃度轉化為電信號輸出，經模擬信號調理模塊處理后，接入微處理器，再經過A／D轉換將其轉化為數字信號送予微處理器處理。溫度傳感器模塊將鋼瓶表面溫度信息轉化為數字信號送予微處理器。微處理器對這兩種信號進行分析處理，經無線通信模塊上傳給中繼或網關節點，最終傳輸至數據中心。若經微處理器分析發現可燃氣體濃度或鋼瓶溫度超出設定閾值，可能發生爆炸危險時，系統將觸發報警器進行聲光報警。

3 系統實現方案
無線傳感器節點的微處理器模塊采用TI公司的MSP430F149。MSP430F149是一種16位超低功耗微控制器，其CPU采用16位RISC架構，內部集成有60KB閃存、2KBRAM、12位A／D轉換和2個USART0將60 KB閃存作為存儲器模塊，可用于嵌入式軟件程序和鋼瓶的身份信息(包括生產廠商、生產日期、年檢日期)。無線通信模塊采用ZigBee射頻芯片CC2420，并通過SPI接口與微處理器相連。電源模塊采用電池供電，然后通過電壓轉換電路輸出3．3 V電壓為各模塊供電。
無線傳感器節點、中繼和網關采用ZigBee協議棧，可實現自組網。
無線傳感器節點安裝于液化石油氣鋼瓶上，中繼或網關節點安裝于小區樓房、鋼瓶充裝站及運輸干道。當鋼瓶被用戶在家使用、充裝、運輸時，無線傳感器節點與中繼、網關節點組成傳感器網絡。這樣，一方面，網關可將無線傳感器節點的數據采用GPRS發送至數據中心；另一方面，網關節點也會定期下發鋼瓶查詢信息，當無線傳感器節點收到查詢信息后，即可將鋼瓶信息上傳，然后經中繼、網關節點，最終送予數據中心。
無線傳感器節點的中繼和網關節點的位置是固定的，故可以作為參考點，然后基于RSSI實現對無線傳感器節點的定位，從而確定鋼瓶所在的位置。
數據中心主要包括數據庫服務器、網絡服務器、管理服務器，主要實現液化石油氣鋼瓶的檔案管理、充裝站監管、鋼瓶運輸車輛在線跟蹤，為應用終端提供網絡訪問服務。

4 結語
針對目前液化石油氣鋼瓶質量不合格、液化石油氣泄漏、高溫烘烤、運輸環節事故、非法供氣等問題，本文提出了一種基于無線傳感器網絡技術的液化石油氣鋼瓶管理系統，同時設計了一種用于鋼瓶監測的無線傳感器節點。從而通過無線傳感器節點實現鋼瓶溫度和氣體濃度信息的檢測，并通過網關下發鋼瓶查詢信息、無線傳感器節點上傳鋼瓶身份信息，以實現鋼瓶信息的自動查詢，實現實時監測、自動報警和監測數據上傳。本系統安全可靠，免除了人工巡檢工作，節省了人力物力。當危險發生時，一方面，無線傳感器節點可以自動報警，提醒事發地人員及時處理；另一方面，監控中心也可以通過監測到的實時數據和定位信息來快速定位事故地點，實現快速搶險，降低事故損失。