【摘要】：本課題是以廣東省高等學(xué)校高層次人才項目“WSN目標(biāo)跟蹤理論在石油化工系統(tǒng)安全監(jiān)控的應(yīng)用研究”為背景的,目的就是針對在石化生產(chǎn)現(xiàn)場、車間或工廠能夠?qū)ν话l(fā)性有毒氣體泄露進(jìn)行氣體擴散運動源點定位預(yù)測,檢測出廠區(qū)內(nèi)任意坐標(biāo)的氨氣濃度以及發(fā)生泄漏時氨氣的運動狀況,在石化工業(yè)生產(chǎn)的有毒有害氣體監(jiān)測應(yīng)用方面具有重要意義�；赪SN的石化環(huán)境安全監(jiān)測系統(tǒng)的目標(biāo)是實現(xiàn)監(jiān)測石化廠區(qū)內(nèi)某點的氨氣濃度,通過氨氣傳感器作為終端節(jié)點檢測空氣中氨氣的含量,以CC2530作為主控制芯片采集空氣中氨氣的濃度參數(shù),采用ZigBee傳輸模塊實現(xiàn)與PC端的無線通信,利用無線定位技術(shù)對氨氣擴散運動進(jìn)行預(yù)測性圖像化并通過計算得出氨氣泄露源點坐標(biāo)。本論文的主要內(nèi)容包括:一、對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行了研究,對比了ZigBee技術(shù)、紅外傳輸技術(shù)以及藍(lán)牙傳輸技術(shù)并最終選用了ZigBee技術(shù)。二、對比分析高斯氣體擴散模型以及氣體湍流模型,利用這兩種氣體擴散模型對石化廠區(qū)內(nèi)有毒氣體發(fā)生泄漏時的氣體擴散運動狀況進(jìn)行仿真,從仿真結(jié)果中得出兩種氣體擴散模型的優(yōu)缺點,選擇高斯煙團(tuán)模型作為無線定位算法的理論支撐。三、完成了石化環(huán)境安全監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計:CPU控制采用的是CC2530單片機,實現(xiàn)了對氣體濃度信息的采集,包含氨氣傳感器,電源模塊,A/D模塊等;上位機通訊,實現(xiàn)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點與PC端的連接,由ZigBee模塊完成。四、完成了石化環(huán)境安全監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計:采用C語言完成了傳感器節(jié)點程序、系統(tǒng)初始化、中斷采樣、數(shù)據(jù)實時顯示;對比3種無線定位算法并在此基礎(chǔ)上得出石化環(huán)境安全監(jiān)測系統(tǒng)氨氣泄露源點定位算法;數(shù)據(jù)通訊、無線通訊程序、數(shù)據(jù)實時傳輸、數(shù)據(jù)保存、顯示氣體濃度和氣體擴散運動圖像等功能。五、對石化環(huán)境安全監(jiān)測系統(tǒng)實驗平臺進(jìn)行了測試,其中包括了組網(wǎng)測試,節(jié)點數(shù)據(jù)采集功能測試以及PC端界面數(shù)據(jù)顯示測試。通過對石化環(huán)境安全監(jiān)測系統(tǒng)實驗平臺的測試結(jié)果,可以證明課題設(shè)計的有毒有害氣體檢測系統(tǒng)能夠正常運行并能夠準(zhǔn)確顯示在PC端,這對石化環(huán)境安全監(jiān)測技術(shù)具有重要意義。
[Abstract]:This project is based on the project of "Application of WSN Target tracking Theory in Petrochemical system Safety Monitoring", which is a high-level talent project in Guangdong Province. The purpose of this project is to aim at petrochemical production site. The workshop or factory can locate and predict the source point of gas diffusion, and detect the concentration of ammonia gas in any coordinate in the factory area and the movement of ammonia gas in the event of leakage. It is of great significance in the monitoring and application of toxic and harmful gases in petrochemical industry. The goal of the petrochemical environmental safety monitoring system based on WSN is to monitor the ammonia concentration at a certain point in the petrochemical plant area. The ammonia gas sensor is used as the terminal node to detect the ammonia content in the air. The CC2530 is used as the main control chip to collect the concentration parameters of ammonia in the air, and the ZigBee transmission module is used to realize the wireless communication with the PC terminal. The predictive image of ammonia diffusion motion was obtained by wireless location technology and the point coordinates of ammonia leakage source were calculated. The main contents of this thesis are as follows: first, the technology of wireless sensor network is studied, and the ZigBee technology, infrared transmission technology and Bluetooth transmission technology are compared. Finally, ZigBee technology is selected. Secondly, contrasting and analyzing Gao Si gas diffusion model and gas turbulence model, using these two gas diffusion models to simulate the gas diffusion movement of toxic gas leakage in petrochemical plant area. From the simulation results, the advantages and disadvantages of the two gas diffusion models are obtained. Gao Si smoke cluster model is chosen as the theoretical support of the wireless location algorithm. Third, the hardware design of the petrochemical environment safety monitoring system is completed. The CC2530 single-chip microcomputer is used to control the system. The collection of gas concentration information is realized, including ammonia gas sensor, power supply module, A / D module, etc. The connection between terminal node and PC terminal in wireless sensor network is realized by ZigBee module. Fourthly, the software design of petrochemical environment safety monitoring system is completed: the sensor node program is completed by C language, the system is initialized, the sampling is interrupted and the data is displayed in real time. On the basis of comparing three wireless localization algorithms, the following algorithms are obtained: data communication, wireless communication program, real-time data transmission, data storage, and ammonia leakage source location algorithm in petrochemical environment security monitoring system. Display gas concentration and gas diffusion motion image and other functions. Fifth, the test platform of petrochemical environment safety monitoring system is tested, which includes network test, node data acquisition function test and PC interface data display test. Through the test results of the petrochemical environmental safety monitoring system, it can be proved that the toxic and harmful gas detection system designed by the project can operate normally and can be accurately displayed in the PC terminal. This is of great significance to petrochemical environmental safety monitoring technology.
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TE687;TN929.5;TP212.9

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