科技创新基金项目申请书

内蒙古科技大学李保卫大学生科技创新基金项目申请书（二○一五年度）项目名称：基于物联网数据下的管道压力、流量、温度监测智能终端申请人：所在学院：专业年级：联系电话：指导教师:姓名职称姓名职称申报日期：二〇一五年十一月二十日成果类别：科技发明制作A类项目批准号b项目名称基于物联网数据下的管道压力、流量、温度监测智能终端类别集体项目申请者（集体项目代表）情况姓名性别年龄电话[phone]学院年级专业项目组成员简介姓名性别出生年月年级专业班级所在学院项目中的分工男1989.7硬件接口设计男1994.4设计光伏电源电路男1995.4印制电路板男1993.7客户端的编写男1994.3仪器封装指导教师情况简介姓名性别男学位博士职称教授研究方向设备故障诊断主要授课课程机械设备故障诊断姓名性别男学位博士职称讲师研究方向管道泄漏故障诊断主要授课课程机械设计、机械原理项目简要介绍管道被广泛用于远距离运输与调配世界各地的天然气、石油、水及其它易于流动的物质，由于管壁材料腐蚀与老化现象的出现，导致其发生泄漏、爆炸事故，然而传统的方法、方式进行全天候24小时实时监测，针对以上的缺陷，本项目拟申请一种基于物联网数据下的管道压力、流量、温度监测智能终端的开发。其基于物联网数据下的管道压力、流量、温度监测智能终端是一种具备对管道健康状态综合评判的设备，利用该终端组建一种基于ZigBee无线通讯技术、GPRS的移动网络以及TCP/IP互联网组成的管道健康检测物联网系统。应用智能终端的传感器单元将管道的压力、流量、温度等数据进行采集，其采集的数据通过ZigBee收发模块发送至数据融合节点，数据融合节点利用SIM900A的GPRS功能，将采集到的压力、流量、温度等数据发送给TCP服务器，服务器根据TCP/IP协议将数据发送到指定IP地址电脑上的客户端；智能终端的客户端将采集到数据信息生成数据库文件，利用客户端所设置的压力、流量、温度等参数的报警设置对客户端的数据库中的数据信息进行监控。实现对管道健康状态的实时、自动、远程监测。立项依据（项目研究的目的、意义、用途、国内外现状、水平与发展趋势）（1）项目意义及目的随着物联网的快速发展，智能终端也得到了人们更多的关注，而对其所开发的各类应用，已经渗入到我们生活的方方面面。它不仅制造成本低廉，更兼顾灵活性、开放性、便携性，而且易于集成数据采集、分析判断、信号发送等多样的监测功能。因此，基于物联网数据下的智能终端已经被广泛应用于环境监控、军事、医疗健康、家庭智能监控和其他商业领域。（2）国内外研究现状随着社会的发展，大规模物联网的需求已经产生，而基于物联网数据下的智能终端也有着广泛的应用前景。国内外各地学者针对基于物联网数据下的智能终端的数据采集、管道泄漏监测、智能监测等功能模块做了很多卓有成效的开发。例如北京大学开发了一种跑步配速训练智能终端系统，该实用新型智能终端系统包括：可穿戴设备和多个移动灯柱；其中，可穿戴设备佩戴在运动员的肢体上[1]；多个移动灯柱均匀的布置在训练跑道的边缘。它不仅改进了跑步的训练方法也更加准确的把控每个阶段的训练时间，使得阶段性的训练更加准确、有效。华南理工大学发明了一种EtherCAT现场总线的信息智能系统，它不仅可以长期处于连续工作状态，而且能直接采集、传递与监控车间生产信息，实现了内网的信息交互，并且具有网络拓扑结构灵活、系统配置简单、数据通信高速等优点[2]。满足了自动化控制领域中信息实时、高速、高效管理。大连理工大学根据动态系统分布参数模型的故障检测与诊断技术思想，并结合管道流动的水利瞬变模型与适用于时变非线性系统的故障检测滤波器。实现了在泄漏发生一开始即探测出异常[3]。中山大学发明了一种带指纹识别的智能终端系统和信息处理方法。该智能终端包括指纹识别模块、通信模块和固有模块。通过各个模块的互相配合实现了指纹信息采集、指纹信息识别、在线交互的功能[4]。浙江大学发明了基于zibgee技术的环境噪声实时监测系统，它主要由噪声监测控制装置和一个以上终端噪声监测装置组成，通过分析噪声强度来实现对噪声的实时监测以及利用zigbee噪声监测网络的自组织特性来对系统容量进行拓展[5]。江南大学发明了一种基于zigbee无线传感器网络的输液自动提示系统，其在输液完成时能做出准确的提示信号。该系统的监控中心由通信服务器和数据服务器两部分构成，通过无线信号发射模块连接光控电路、数据处理模块和信号灯来实现输液完成时的自动提示功能[6]。北京工业大学发明一种基于Sagnac光纤干涉仪的管道泄漏监测装置，该装置主要有信号发射与处理系统、分布式光纤传感系统、信号分析系统组成，通过分析两个干涉仪输出的干涉信号来实时监测沿线的管道运行情况[7]。哈尔滨工业大学发明了一种使用瞬变在线诊断耦合激励频响进行天然气管道泄漏定位的方法，该方法通过实时采集上游和下游的压力值和流量值，并根据激励压力相应波的波速和激励压力响应波传播到上游和下游的时间差获得泄漏点的位置，在实际中也取得了一定的效果[8]。（3）研究意义与应用前景本项目所提出的“基于物联网数据下的管道压力、流量、温度监测智能终端”的研发，为高效地完成对管道运行数据的实时监测并在异常发生伊始即测出异常提供技术保障，也为研究基于物联网数据下的管道健康状态综合评判开辟了一个新的思路。本项目的研究成果可以为我国远距离油、气管道运行状态的实时监控技术及其系统研发提供借鉴，也可推广应用于城市供水管道泄漏的实时监控，特别对于推动省内大量采用管道的煤化工企业的管道泄漏实时监测技术的升级与创新发展有着重要的技术参考。参考文献[1]郑重，张志伟，刘铮，滕炜莹等.一种跑步配速训练智能终端系统,中国.CN201520173790.3[P].2015-03-26.[2]李伟光，余漳，容爱琼，李晓曦等.一种EtherCAT现场总线的信息智能终端系统,中国.CN201310385168.4[P].2013-08-29.[3]白莉，李洪升，贾旭，崔莉.基于瞬变流和故障检测的管线泄漏试验分析[J],大连理工大学学报，2005,45(1)，09-12[4]罗笑南，郑弘佳.一种带指纹识别的智能终端系统和信息处理方法,中国.CN200910194172.6[P].2009-11-26.[5]谢立,葛浩宇,叶兆雄.基于ZigBee技术的环境噪声无线实时监测系统.中国.CN20111006096.2[P]2011-03-15.[6]栾小丽，江季洲.基于ZigBee无线传感器网络的输液自动提示系统,中国.CN201210164512.2[P].2012-05-25.[7]何存富，杭丽君，吴斌.基于Sagnac光纤干涉仪的管道泄漏监测装置.中国.CN200610113044.0[P]2006-09-08.[8]曹琳，赵金辉，谭羽.非泄漏检测及定位方法在燃气管网应用的可行性[J]，煤气与热力，2008,1,51-54[9]AbdelgawadA,BayoumiM.Remotemeasuringorsandinpipelinesusingwirelesssensornetwork[J].IEEETransactionsonInstrumentationandMeasurement,2011,60(4):1443-1452.[10]LiSY,WenYM,LiP,YangJ,DongXX,MuYH.Leaklocationingaspipelinesusingcross-time–frequencyspectrumofleakage-inducedacousticvibrations[J].JournalofSoundandVibration2014,333(17):3889–3903.项目研究的基本内容（主要技术关键及预期达到的主要技术经济指标）研究内容1：基于物联网数据下的管道压力、流量、温度监测智能终端的硬件开发基于物联网数据下的管道压力、流量、温度监测智能终端的硬件由数据采集节点和数据融合节点两类硬件组成。其数据采集节点集成传感器单元包含有压力传感器、流量传感器和温度传感器，将感应到管道上的压力、流量和温度等参数通过模数转换芯片转换成数字信号，利用ZigBee的收发模块将采集的数据发送到数据融合节点。数据融合节点的SIM900A模块将接收到的信号通过GPRS功能，发送给TCP服务器，服务器根据TCP/IP协议将数据发送到指定IP地址电脑上的客户端；完成对管道的压力、流量和温度的采集和远程数据传输任务。开发数据采集模块与无线数据传输接口电路；开发ZigBee芯片的驱动电路；开发光伏电池的供电电源电路；印刷出PCB板，封装出数据采集节点与数据融合节点。研究内容2：基于物联网数据下的管道压力、流量、温度监测智能终端的客户端开发基于物联网数据下的管道压力、流量、温度监测智能终端的客户端能够将接收到的管道压力、流量、温度等数据信息存储在内部的数据库中，以达到实时数据监测的功能，并且能够将各类参数的信号进行小波降噪处理以实现数据处理的功能；并且根据设定的压力、流量、温度的报警值实现报警功能。构建压力、流量、温度等数据信号的标准门限值数据库；提取出压力、流量、温度等数据信号的特征参数；对比标准门限值数据库判断出管道的健康状态以及发出相应的警报；技术可行性分析和研究工作准备情况技术可行性分析本项目组依托机械学院实验室，拥有一维管线实验平台以及压力、流速、温度等传感器等开发设备为项目的实施提供强大的硬件支持；本项目组成员参与开发了“飞思卡尔智能车”、“声发射无线收发装置”、“四旋翼飞行器”等工作，为项目的实施提供强大的技术支持。现有的ZigBee、GPRS网络技术的性能指标可以支持本项目的功能目标的实现，目前市场上没有相应成熟产品，有开发使用的需求。研究工作准备情况（技术储备）本项目成员已经在开发板上完成无线数据传输、存储、云端处理的实验。预期成果（成果应用前景或预期达到的目的）1、基于物联网数据下的管道压力、流量、温度监测智能终端装置一部2、基于物联网数据下的管道压力、流量、温度监测智能终端设计说明书3、基于物联网数据下的管道压力、流量、温度监测智能终端客户端项目进度安排（起止时间、年进度、结题时间）主要阶段性成果（限报十二项）序号研究阶段（起止时间）阶段成果名称成果形式承担人012015.11-2016.01硬件接口设计电路图022016.02-2016.03设计光伏电池电源电路电路图032016.04-2016.06客户端的编写软件042016.07-2016.08印制电路板电路图052016.09-2015.10降噪算法程序06最终成果（限报五项）序号完成时间最终成果名称成果形式参加人012016.11智能终端装置成品仲济祥022016.11设计说明书说明书刘朋真032016.11客户端软件李志0405本项目的特色与创新之处（1）实现了24小时不间断对管道健康状态实时在线监测传统的对油气管道健康状态监测的方法往往是通过探测仪和人力巡逻的方法，由于依靠人力，不能实时地对油气管道健康状态全面监控，所以不能保证油气管道线路的安全。为了保证油气管道线路的安全运输，就必须采用24小时对管道健康状态的实时监测的方法，使得泄漏、爆炸事故能够及时得到遏制，并采取补救措施。（2）结合ZigBee与GPRS技术摆脱网络规模地理距离的限制基于物联网数据下的管道压力、流量、温度监测智能终端的数据信息的无线传送途径采用的是ZigBee与GPRS相结合的方式：ZigBee网络使用的免费通信频段，终端之间能够组织相当规模的无线传感器网络，GPRS网络在手机基站覆盖的地方均能实现远数据的距离传输，不受地理距离、范围的限制，两者的优势互补可实现野外长距离对管道的健康状态的实时监测。结题方式项目成果汇报报告经费预算共计5000元主要预算支出经费项目及金额（元）序号经费开支项目具体内容金额（元）01购置材料费用于信号采集和传输的装置，如：嵌入单片机开发板、信号无线发射器350002实验耗材费用于，图纸打印，资料搜集、图