基于GPRS的化糞池可燃氣體監測系統設計

閆成志

（牡丹江市環衛清潔二公司，黑龍江　牡丹江，157000）

基于GPRS的化糞池可燃氣體監測系統設計

閆成志

（牡丹江市環衛清潔二公司，黑龍江牡丹江，157000）

文章描述了采用GPRS無線網絡技術設計的一種化糞池可燃氣體監測系統，運用模塊化思想將整個系統設計分為3個子系統：可燃氣檢測系統、數據傳輸系統和監控中心系統。通過固定式紅外線可燃氣體傳感器的選用，數據校驗機制和UDP協議的設置，監控中心軟件的設計，使得系統監測數據采集速度快、雙向高效傳輸、智能化監控。經過測試表明，該系統性能穩定、操作簡單，具有良好的應用前景。

GPRS；可燃氣體；模塊化；智能

化糞池是一種合理利用沉淀和厭氧發酵的原理，能夠除去生活污水中懸浮性有機物的最初級的污水處理設施。但是由于其相對封閉的特殊環境，污水中的雜質在微生物分解的作用下產生大量可燃氣體。若其濃度達到一定值后，遇明火容易產生爆炸事故，對人民的生命財產安全造成極大危害。近些年來，在我國由于化糞池內可燃氣體聚集導致其濃度過高引發的爆炸事故頻頻發生，相關部門對城市中化糞池可燃氣體監測系統的研究已經迫在眉睫。為了能夠掌握環境污染的安全性指數，傳統的環境監測常見的有單臺儀器的間斷方法、人工取樣的實驗室分析法。

使用傳統的監測方法需要研究人員投入大量的人力、物力、財力到現場的數據采集工作中，對突發式的環境污染超標無法進行實時在線監控，存在眾多不足之處［1］。本文設計了一種利用紅外線傳感器技術和通用分組無線服務技術（General Packet Radio Service，GPRS）無線數據傳輸的化糞池可燃氣體監控系統，該系統是一種最小人工干預的安全預警的實時在線連續監測的自動化系統，更加準確有效地預防城市中化糞池可燃氣體蓄積引發的爆炸事故，對市政環衛人員的正常工作具有重大意義。

1　系統設計方案

為了達到城市中化糞池可燃氣體濃度監測的目的，滿足系統實時性和網絡化的要求，本文采用模塊化思想將系統設計為3個子系統：可燃氣檢測系統、數據傳輸系統、監控中心系統，如圖1所示。其中可燃氣檢測系統包括氣體傳感器、數據采集電路，用于現場可燃氣濃度采集；數據傳輸系統是基于中國移動的GPRS網絡，用于數據傳輸；監控中心系統是基于開發平臺（Visual Computer，VC）的上位機軟件，包含工作參數設置、可燃氣濃度實時監控顯示、濃度超標報警處理和歷史數據查詢模塊，主要用于接收現場數據，對化糞池可燃氣濃度實時狀況做出判斷，并同時向可燃氣檢測系統發送各種控制指令。

該系統首先通過高靈敏度、性能穩定的紅外可燃氣傳感器獲取化糞池中可燃沼氣濃度值，然后將現場的監測數據傳遞給GPRS無線數據傳輸設備，再經過GPRS無線網絡發送給遠程監控中心，最后監控中心系統通過數據庫和監控軟件的完成對監測區域可燃氣體的實時監控和險情警報。

圖1　監控系統結構

2　可燃氣檢測系統

可燃氣體檢測系統是整個監測系統的關鍵部分，包含置于化糞池內的氣體傳感器、GPRS數據收發設備和電源等，主要負責實時地檢測監測區域內可燃氣體的濃度值，并將數據傳遞給現場GPRS終端。該子系統能夠在監測區域現場無人看守的情況下，保證24小時無間斷工作，將采集的數據通過GPRS無線網絡自動發送給監控中心。

該可燃氣檢測系統采用固定式紅外線可燃氣體傳感器，以單片機為控制核心［2］，其結構如圖2所示。首先傳感器將化糞池內可燃氣體的濃度值轉換為電信號，再經過放大電路將微弱的電信號放大輸出給模數轉換電路，將可燃氣體濃度值的模擬量轉換成數字量最后傳遞給單片機控制中心。單片機結合外圍顯示、報警及通訊電路完成濃度值實時顯示、濃度超標報警、數據傳輸等功能。該系統具有測量精度高、可靠性強、性能穩定、體積小等特點。

圖2　固定式紅外線可燃氣體傳感器結構

3　數據傳輸系統

數據傳輸系統基于GPRS無線網絡和TCP/IP的數據分組協議設計，如圖3所示，具有實時在線、數據傳輸效率高、傳輸距離不受限制、按流量收費的低成本、設備維修簡單等優點，使得現場氣體檢測系統和監控中心之間高效地進行數據通信。GPRS數據收發設備類似GPRS手機通訊集成電路模塊，是連接體檢測系統和監控中心的橋梁。將單片機采集的氣體濃度數據通過串行接口發送給裝有中國移動客戶識別模塊（Subscriber Identity Module，SIM）卡的GPRS模塊，然后監測數據經過GPRS網絡自動傳輸至監控中心，同時監控中心也可以隨時向現場監控設備發送控制命令。

4　監控中心系統

監控中心系統是整個可燃氣體監測系統的控制核心，主要對現場傳輸過來的監測數據進行分析處理［3］。監控中心系統采用模塊化的設計思想和多線程的編程技術，模塊化設計有利于系統功能的添加，有效地進行系統維護。多線程采用多任務、并發的工作方式，最大限度地提高軟件的運行性能。根據系統的功能需求，該監控中心系統軟件設計由主線程、通訊子線程和數據存儲子線程組成，其系統框架結構如圖4所示。

圖3　數據傳輸系統結構

圖4　監控中心系統軟件設計結構

監測中心系統中通訊子線程主要完成從GPRS網絡中獲取現場傳輸過來的監測數據包，數據存儲子線程將讀取的數據包進行解析校驗，若校驗正確方可用于軟件界面線程實時濃度數據顯示和濃度超標報警處理，同時將正確監測數據存入數據庫用于今后用戶對歷史數據查詢，并發送反饋包。軟件界面主線程包含通訊狀態控制、工作參數設置、實時數據顯示、濃度報警處理、歷史數據查詢。系統用戶管理多個功能模塊，其中通訊狀態控制模塊設置監測中心系統通訊開啟或關閉，工作參數設置模塊設置報警濃度預警值，實時數據顯示模塊對采集的可燃氣體濃度值實時顯示，濃度報警處理模塊對可燃氣體濃度超標進行聲光報警響應，歷史數據查詢模塊用戶可以對過去時間段不同監測區域的可燃氣體濃度值進行查詢，系統用戶管理模塊通過用戶登錄界面對用戶的使用權限進行設置。

5　結語

該化糞池可燃氣體監測系統將GPRS無線網絡技術應用其中，使得系統更加智能化、自動化，能夠更為高效、準確、實時地對可燃氣體濃度進行遠程監控。系統能夠通過現場氣體傳感器對可燃氣體進行實時監測、自動傳輸，隨時查詢監測區域的測量數據。其智能化體現在監控中心能夠對可燃氣體濃度超標作出報警指示，有效地預防化糞池可燃氣體爆炸事故的發生。

［1］王紅旗.基于物聯網的城市下水道及化糞池可燃氣體監控預警系統的初步設計［J］.電子世界，2011（11）：10-11.

［2］余黎煌.家用煤氣管道氣體泄漏報警器的設計探討［J］.科技創新與應用，2013（34）：47-48.

［3］朱紅梅.基于ZigBee技術的瓦斯監測系統研究與實現［D］.阜興：遼寧工程技術大學，2012.

Design of the septic tank combustible gas detector system based on GPRS

Yan Chengzhi
（Mudanjiang 2ndth Sanitation Cleaning Company， Mudanjiang 157000， China）

This paper describes the design of a septic tank combustible gas detector system based on GPRS wireless network technology. The whole system design is divided into three subsystems by using modular idea， namely gas detection system， data transmission system and monitoring center system.The selection of fixed type infrared combustible gas sensor， the setting of data verification mechanism and UDP protocol and the design of monitoring center software contributes to high speed system monitoring data acquisition， two-way efficient transmission and intelligent monitoring.The test shows that the system will have good application prospects with the stable performance and simple operation.

GPRS； combustible gas； modularization； intelligence

閆成志（1980— ），男，山東魚臺，研究方向：清掏旱廁。