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基于ZigBee的CNG加气站可燃气体泄漏检测与定位系统研究

作　者: 杨成成
导　师: 赵永瑞；李淑民
学　校: 中国石油大学
专　业: 安全工程
关键词: CNG ZigBee 定位 安全本质化
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


CNG(压缩天然气,Compressed Natural Gas)是一种理想的车用替代能源,它具有成本低,效益高,无污染,使用便捷等特点,越来越显示其强大的应用发展潜力。CNG行业迅速发展的同时造成的是站点分散,监管难度加大,加之许多地方管理工作相对薄弱滞后、控制手段落后,使得许多新建的CNG加气站在经营管理、设备监控、安全生产等方面存在诸多漏洞和问题,安全生产事故时有发生。因此,加强对CNG加气站可燃气体泄漏检测与定位的研究非常必要。ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据传输速率、低成本的双向无线通信新技术,主要适用于自动控制和远程控制领域,可以满足对小型廉价设备的无线联网和控制。与其他无线传输方式相比,具有比较明显的优势。其可以工作在免费的ISM频段,协议栈免专利费,可以大大的降低网络的成本。ZigBee且具有自组织能力,可以减少布置网络的复杂性,并且很容易维护。本文首先分析CNG加气站工艺流程中可能发生的可燃气体泄漏情况,并对可能产生的后果进行总结。以MC13213作为核心芯片,进行节点设备基本系统电路和外围接口电路的设计,然后采用BeeKit和CodeWarrior开发软件,进行节点软件设计。然后通过合理的布置无线传感器节点,并对已有的定位算法进行改进,对输气管道、容器的气体泄漏点做出定位。最后,由于加气站内存有燃烧爆炸气体甲烷,必须要避免静电火花等危险因素,因此,本文对传感节点电路也进行本质安全设计。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 绪论  8-16
  1.1 课题研究的意义  8-9
  1.2 CNG 加气站的发展  9-10
  1.3 CNG 加气站工艺流程  10-13
    1.3.1 风险分析  11-12
    1.3.2 安全监控系统  12-13
  1.4 无线网络  13-15
    1.4.1 无线网络结构  13-14
    1.4.2 无线网络优势  14-15
  1.5 课题主要研究内容  15-16
第二章 ZigBee 技术分析与应用  16-27
  2.1 ZigBee 的起源  16-18
    2.1.1 ZigBee 与其他无线传输方式的对比  16-18
  2.2 ZigBee 技术的特点  18-19
  2.3 ZigBee 协议栈架构  19-27
    2.3.1 物理层  20-23
    2.3.2 MAC 层  23-24
    2.3.3 网络层  24-25
    2.3.4 应用层  25-27
第三章 ZigBee 定位技术  27-38
  3.1 无线传感器网络的节点定位技术  27-28
    3.1.1 节点定位技术概况  27-28
    3.1.2 参数定义  28
  3.2 基于测距的定位技术  28-32
    3.2.1 测距/测角技术  29-30
    3.2.2 定位方法  30-32
  3.3 免于测距的定位技术  32-34
  3.4 RSSI 测距的经验与理论模型  34-38
    3.4.1 LQI 实验距离模型  35-38
第四章 监控系统硬件设计  38-50
  4.1 终端节点的硬件设计  38
  4.2 ZigBee 模块设计  38-42
    4.2.1 时钟电路设计  39-40
    4.2.2 电源电路设计  40
    4.2.3 复位电路设计  40-41
    4.2.4 存储电路设计  41
    4.2.5 射频电路设计  41-42
  4.3 传感器电路设计  42-45
  4.4 本质安全电路设计  45-50
    4.4.1 防爆栅  45-47
    4.4.2 本质安全电路设计  47-50
第五章 系统软件设计  50-67
  5.1 低功耗设计  50-55
    5.1.1 无线网络建立  53-55
  5.2 应用层设计  55-65
    5.2.1 数据采集  55-62
    5.2.2 数据发送与接收  62-65
  5.3 定位算法设计  65-67
    5.3.1 定位步骤  65-67
第六章 实验与结果分析  67-74
总结与展望  74-75
参考文献  75-79
致谢  79-80
附录  80-90

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统
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