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摘 要

在当前工业生产过程中，温度的监测一直被列为重要监测的对象，尤其是相较于有线温度监控。有线温度监控有铺设线路成本高，施工难度大，后期维修成本高等缺陷。因此，在对温度变化要求较高的工业用地，例如外浮顶储罐的建设安放场地，无线温度监测的优势不言而喻。本次研究将系统分为传感器温度采集、树莓派主机接收数据和显示器监测三个部分。本系统选择树莓派3b作为WiFi传输平台，从硬件和软件两方面开发了温度监控系统。

硬件部分，温度传感器主要负责采集温度数据，将温度数据上传至树莓派主机。树莓派主机将监测到的温度信息收集整合，将数据发送至显示器交由系统或人工预警。软件部分，设计了树莓派读取以及传感器向树莓派发送温度信息的程序，最后通过网页端温度变化折线图验证设计可行性，证实能够无线传输温度并报警的结果。

关键词：外浮顶储罐 嵌入式技术 树莓派3b WiFi传输

Design of Fire Alarm System for Storage Tank Based on Embedded Technology

Abstract

In the current industrial production process, temperature monitoring has been listed as an important monitoring object, especially compared to wired temperature monitoring. Wired temperature monitoring has the disadvantages of high cost of laying lines, difficulty in construction, and high cost of later maintenance. Therefore, the advantages of wireless temperature monitoring are self-evident in industrial sites that require high temperature changes, such as the construction and placement of external floating roof storage tanks. This study divides the system into three parts: sensor temperature acquisition, Raspberry Pi host receiving data and display monitoring. This system selects Raspberry Pi 3b as the WiFi transmission platform, and develops a temperature monitoring system from both hardware and software aspects

For one thing, the temperature sensor is mainly responsible for collecting temperature data and uploading the temperature data to the Raspberry Pi host in the hardware part. The Raspberry Pi host collects and integrates the monitored temperature information and sends the data to the display for system or manual warning. For another thing, in the software part, the program for reading the Raspberry Pi and sending the temperature information from the sensor to the Raspberry Pi is designed in the software part. Finally, the design feasibility is verified through the temperature change line chart on the web page, and the results of wireless transmission of temperature and alarm are confirmed.

Key Words: Outer floating roof storage tank; Embedded technology; Raspberry Pi 3b; WiFi transmission

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 研究内容 3

1.4 研究创新点 3

第二章 无线测温整体方案及原理 4

2.1 无线测温系统概述 4

2.2无线传输比较 5

2.3 外浮顶储罐设计 7

2.3.1 测温装置安装要求 7

2.3.2 具体安装方式 7

第三章 系统硬件的设计及连接 9

3.1 嵌入式系统简介 9

3.2 树莓派3b概述 10

3.2.1 ARM处理器概述 12

3.2.2 无线WiFi模块 12

3.2.3 树莓派ssh连接 13

3.3 温度传感器 15

3.3.1 DHT11温湿度传感器简述 15

3.3.2 DHT11硬件连接 16

第四章 系统软件的设计及实现 18

4.1 命令行WiFi连接通信 18

4.1.1 登录树莓派 18

4.1.2 命令行连接 18

4.2 配置onenet界面 19

4.2.1 创建树莓派目录 19

4.2.2 onenet网页端操作 19

4.3上传温度代码 21

4.4 多个dht11温湿度传感器工作 21

第五章 测试与验证 22

第六章 总结与展望 24

6.1 总结 24

6.2 展望 25

参考文献 26

第一章 绪论

1.1 研究目的及意义

随着近年来工业生产能力的提高，工业区大型储罐的数量在飞速增长。这些存放场地中的储罐容量大，数量多，有些更存放着易燃易爆的危险性物品，一旦单个储罐发生燃烧或爆炸，爆炸蒸汽或热量极易对周围储罐造成连环影响。因此，针对不同储罐区所存放物品潜在的危险，除了严格按照消防规范布置场地外，对这些大型储罐的温度监测也十分重要。温度检测的目的主要是在火灾发生初期，消防监控系统就能及时检测发现并上传至平台进行报警，为安全人员下一步安全操作和减少人员物品的财产损失做好准备，避免更大范围的危险发生。消防监控系统除了对温度参数，对其他环境参数也可进行监测预警，例如湿度、亮度、存储物品气体浓度等^[1]。利用嵌入式技术，通过软件及硬件的综合使用，以应用为中心，以计算机技术为基础设计出针对储罐消防报警系统的软硬件结合的设备。通过无线温度检测单元主要功能和各项监测任务的具体性能指标，利用无线通信技术，长距离传输温度、压力等参数，反馈到控制中心进行统一调度。这不仅解决了一系列繁琐的人工操作，保证企业向智能化、科技化发展，而且保障了操作人员的人身安全，减少人员由于误操作或疏忽导致的潜在危险。通过运用消防报警系统，不仅对大型存储罐场地，更是对传统人工消防检查的突破^[2]，利用智能化、网络化的检测系统，合理分配险情发生时消防资源的调配，配合安全人员的安全操作，最大程度地降低危险带来的影响。消防信息管理平台的开发运用，也是对当前大环境下计算机技术发展的支持，当报警系统和自动灭火技术相结合，处理险情的效率将会大幅增加，进一步的自动化使整个消防管理系统趋于完善，更好地适应当前技术现代化发展。除此以外，消防管理系统的安装设置更需要有针对性，如外浮顶储罐的浮盘圆环处，发生火灾的危险程度要高于其他部位，因此，针对火灾危险性高的区域，监测的方式也要更全面，更多样化，确保危险发生时第一时间的妥善处理。

1.2 国内外研究现状

大量的传感器模块组成了消防监控系统，利用无线传输的方式向系统平台传输数据，平台根据反馈的数据进行甄别预警。温湿度、蒸汽浓度、压力等传感器反馈的信息通过无线传感网络上传到接收主机，主机经过处理器的处理运算得出结果并整合信息向上位机发送最终结果。

对于确保大型储罐存放场地的安全运行，储罐火灾警报非常重要。根据《石油库设计规范》要求，存储量超过50000m³的外浮顶储罐必须安装消防系统监控设备，并接入消防信息监控平台^[3]。目前，光纤光栅感温火灾报警装置在石油化工行业尤其是在火灾危险性高、人口密度相对较高的储罐存放场地被大量使用^[4][5]。虽然光纤光栅感温报警装置有着绝缘性强、信息传输范围大、性能优异稳定、信号接收传递速度快等优点，然而，光纤光栅测温同样具有很多缺陷，例如装置误报率高、成本高、安装条件苛刻等，在装置的工业普遍使用情况下，同样拥有着需要大量克服的问题。针对此类测温设备存在的问题，相关科研人员在无线测温装置的改善方面作出巨大贡献。赵树有利用CC2530片上系统开发了工业监控技术^[6]，胡协兰提出光纤光栅感温探测器的改善方法^[7]，毕晓蕾利用蒸汽压力技术提出气压监测报警技术^[8]。

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