论文研究-基于物联网的有害气体监测系统的研究 .pdf

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基于物联网的有害气体监测系统的研究,李俊林,帅立国,针对工业生产过程中产生的毒害气体危害职工健康,但缺乏实时有效监管的现状,本文构建了基于物联网的有害气体监测系统,该系统包
国武技论文在线 传感器网关 本文中传感器网关不仅负责传感器网络的数据通讯,还负责控制传感器网络,需具有较 强数据处理能力。因此木文网关硬件采用位嵌入式微处理器。采用无线网卡负责数 据接收和发送。本文在硬件基础上设计了基于操作系统的网关应用程序。流程图如图所示。 开始 初始化备横块1 接叫 数据格式 时问到? 正确 Y 气体浓度 处理数据 控制参数 发送至1 服务器 图3网关应用程序流稈图 根据系统架构,程序主要分为以下儿个功能模块: 数据采集与处理模块 由于一个感知终端检测多种气体,但共用同一个转换电路。所以需使用多路选择 廾关,運过处理器选择与转换芯片相通的传感器,并对采集到的各和有害气体浓度值 进行整合并附加终端设备地址和检测时间等,形成数据流格式。 数据发送与接收模块 数据的接收和发送需要使用套接字,可利用 套接字及 函数将数据发出 由丁主线程负责接收处理和发送数据,所以接收数据需要创建另一个线程,可以使用 实现。接收的数据必须按照数据流格式,以为结尾校验位 辅助功能模块 辅助玏能包括,气体浓度校正、检测频率调整、史改终端设备以及软件后台运行等。 为了方便操作,本文在(微软基础类)基础上设计了基于对话框的人机交互界面 服务器 服务器主要负贵接收感知终端发送的数据并对数据进行校验、剔除脏数据,然后对数据 进行加工,将加工后数据存入对应数据表。从服务器可靠性、完整性、安全性和可伸缩性 考虑,本文选用 企业级数据库管理软件。服务器具体流程图如图所示 接收数据 流校 数据清洗 将超标 数据加工 将加工后数据 存入数据表 国武技论文在线 图服务器流程图 服务器管理软件 服务器管理软件主要负责接收终端发送的数据并校验。考虑到传输实时性,本文选用 办议传输数据,为防止多个终端发送数据时间冲突,服务器采用完成端口进行接收。 服务器是以数据流的形式接收信息的。数据流包含信息及顺序如表所示: 表1数据流格式及信息 实际参数 使用宁符数字符值与实际参数对应关系 终端) 8 字母、数字组成,以下划线分隔板卡,如ngc_bdl 控制参数 1 后续开发待用 检测时间 12 以年月凵时分形式记录。如201401072321 采样时间间隔 单位为分钟 气体浓度值 Float型变量,两位精度 数据流标识符3 固定为IOT 数据库 根据系统需求,数据库中存储原始数据分为三类:管理员信息、工矿企业详细信息、感 知终端检测信息。服务器对汇总的有害气体监测数据进行加工,记录超标气体和个业,供管 理人员监测。为保证数据准确可靠,需要对数据进行清洗。数据清洗以仼务的形式每天定时 执行。本文主要包括重复数据、异常数据的检测和处理 重复记录检测常用方法有邻近排序算法、多趟排序和 比较算法等。本文从实 用性和简便性考虑,选择 比较算法。首先对数据表中的记录排序,然后设置相 邻记录的字段相似度阈值和记录相似度阈值,当两个字段的相似度大于时,两个 段为不重复字段,从而判断两条记录也不是重复记录。表示对应字段相似度之和,如果 两条记录相似度人于,则两条记录不是重复记录,当完成检测后,保留两条记录中时间 较新的记录,将相似记求的删除位置 异常数据往往衣现为孤立点。孤立点检测方法建立在统计学基础上,有基于分布、深度、 距离和密度。区别在于孤立点定义不同。本文选用直观,易于理解的基于欧几里得距离的异 常数据检测方法。将相异度大于阈值的数据记录存入异常数据表中,供监督人员监测。 通过对数捱库中清洗过的数据进行加工处理,可以得到各有害气体各时间段平均浓度。 设置好冇害气体接触临界浓度标准后还可以记录超标气体名称以及超标比例和超标时刻。监 控中心监管人员关心不同工矿企业每天、每周、每年有害气体超标气体种类、超标比例等。 对数掂库来说,实现很简便,以每日平均浓度为例,使用函薮获得指定字段平均 值,使用 语句限定时间段和清洗过的数据: 其中 函数获得系统当前年月日信息。 超标比例 日平均浓度接触临界浓度接触临界浓度,如果气体浓度超标则为 正值,否则为负。有害气体日平均值如表所示,其他时间段平均值表与之类似。 表公司每日有害气体浓度平均值表 列名 表示意义 数据类型 公司名 石称 终端设备编号 检测时间日 日平均浓度 浓度超标比例 其他气体日平均浓度 其他气体超标比例 国武技论文在线 客户端表单 客户端端采用架构,通过浏览器访问服务尜。本文设计的网站,前端采用 技术进行页面开发,后端采用 对薮据库进行操作。网站程序流程图如图所示 开始 网站登录界面 码正确? 判断用户名 型限级别 业一数人金管 公司信息界面 匚“(胺)要斩数娜库 图5网站程序流程图 网站包括系统登界面、各级用户管理界面、公司信息芥面、有害气体检测界面等。这些 页面之间可以使用 方法相互珧转,并通过地址传递跳转参数。 登录界面时,对象根据输入的用户名和密码检索数据表中对应数据。密码正确则 浏览器根据权限值定位到不同管理界面。监控人员可查看所有公司各时间段数据和超标情 况。公司管理员可査看该公司各时段数据及超标情况,一般用户只能查看一般监测数据。 本文使用 将网格和数据表各列绑定,授权用户可在表格中进行数据检索和 控制参数修改等操作,本文设计的监控中心管理页如图所示 /公息 ÷ c i d dogleG. eicp. nat/ main crT apy 公司名称 公司囹话联系人手机号」电子邮箱省份县/市区「联系地址 监控信息 505153490江苏南京江宁九龙被区东南大学 南京航天晨光 E528913 南京高析齿轮殺份有限公司 幸京高悟齿轮价有阳公司 问以扬石化 示扬了万化 前京金依石化 图6网站页面 实验 木文所采用传感器为 公司系列电化学传感器,由于后向放大及转化电 路均相同,因此以为例,进行系统实验分析。在江苏省疾病预防控制中心实地测量。 在同样气体浓度下,使用本文设感知终端和公司牛产的 型气体检测仪进行对比, 共测得组数据,如表所小: 表板卡测量数据和 测量数据对比 板卡初始值(m)0.40.40.50.6 0.8 0.8 稳定值(mv) 0.70.91.42.0 6.0 值(my) 0.30.50.91.4 5.2 13,7 3M实测值(ppm) 16 48 板卡初始值(m)0.50.6 80.80.8 稳定值(mv) 1.32.56.410.117.2 2.130.3 国武技论文在线 差值(m)0.81.96.79316.42325 3M实测值(ppm)3 6 21 30 53 75 99 采用最小二乘法拟合后,拟合直线和采样点如图所示,拟合直线表达式为 拟合值与真实值平均误差为 满足测量需求。 ◆对应点 100 线性(对应点) 终谋实浓度/m30 10 图实测数据点和拟合直线 结论 本文设计了基于物联网的有害气体监测系统。利用感知端采集数据,节省人力资源且提 高采集效率;服务器接收数据并处理加工后存储至数据表,实现数据统一管珥;用户通过客 户端实时访问控制,将有害气体监测的事后控制改为事先预防,本系统只有一定应用价值。 参考文献 乔庆梅,柯常云我国职业病防治的现状与思考.中国医疗保险 《劳动保护》编辑部.我国职疠现状及监管体制杋制观察.劳动保护, () 唐燕,李建功,贾雪琴基丁物联刈的智慧医疗技术及其应用北京电子工业出版社 张俊基丁物联冽的有害气体监测系统的设计与研究南京:东南大学, 立三气体检测与计量郑州:黄河水利出版社 王黎明,陈双桥等 嵌入式系统开发与实践.北京:北京航空航天大学出版社, 申时凯等薮据库原理与技术 北京:清华大学出版社, 陈伟数据清理关键技术及其软件平台的研究南京:南京航空航天大学, 李炎,李皓,钱裆鲁异常检测算法分析计算机工程, 岳学车等应用程序开发教程 北京:人民邮电出版社 陈峰棋深入浅出 程序设计,北京:中国水利水电出版社,:

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