基于物聯網的燃氣可視化監測報警系統

姜世超

摘要 燃氣已成為家庭、工業生產必備的燃料資源，燃氣一旦泄露將對人身和財產造成巨大傷害和損失，建立統一的監測報警平臺能夠及早發現問題，盡早采取措施，減免危險和損失。論文分析現今已應用的多數燃氣報警系統的功能，針對薄弱環節，設計基于物聯網的燃氣可視化監測報警系統。

【關鍵詞】物聯網 可視化 燃氣監測報警

1 研究背景概述

現如今燃氣已經成為家庭、餐飲行業烹飪過程中必備的燃料資源，管道式燃氣也基本覆蓋90%以上的住宅;而依靠可燃氣體為生產原料的企業數量也非常龐大。每年因各種原因導致的家庭燃氣泄漏爆炸、企業可燃氣體或有毒氣體泄漏事故頻發，造成的傷亡損失也是非常慘重的。早在上個世紀八十年代，日本就已經開始實行了安裝城市煤氣、液化石油氣等可燃氣體報警器的法規。而同樣美國目前已有多個州的立法，規定了家庭式住宅需要安裝一氧化碳報警器。我國國內現如今無論是家庭燃氣泄露還是工業生產中可燃氣體的泄露都會對人的生活和生產造成巨大的財產甚至是人身傷害。

為了減少或者避免因可燃氣體或有毒氣體泄漏造成的這種不可逆的人身傷害和財產損失，各式各樣的可燃氣體探測元件、泄露和報警器件應運而生，并已進入市場。而現今已經被家庭和企業廣泛應用的可燃氣體報警系統的報警方式都是以依靠探測器物理硬件自身的聲、光模塊而進行的聲光報警為主，即“哪里泄露哪里響、哪里泄露哪里亮”。對于普通獨立個體的家庭式燃氣報警系統市場上已經有了智能化的報警設備和系統，這種智能報警系統主要是借助GSM移動通信組建的通信模塊進行定位并發送相關報警消息至對應手機或移動終端設備，以便戶主第一時間知曉家中燃氣泄漏情況并及時采取應對措施。而對于工業生產類型的企業，尤其是生產材料中涉及多種不同可燃氣體甚至是有害、有毒氣體時，除了增加傳感器元件的種類、數量、探測濃度和探測精度外，大多都是增加多路轉發器或聯動器以達到擴大探測類型和探測范圍的廣度和深度的目的和效果，當有泄露發生或可燃氣體濃度達到警戒值時，探測器觸發聲光報警模塊或將報警信息回傳至統一的中央設備，對應位置的報警紅燈會亮起并伴隨聲音提示。

2 監測報警系統平臺框架設計

無論是何種方式方法，對于獨立個體的單點家庭式和需要多點探測的工業類企業，現如今正在廣泛應用的可燃氣體泄露報警系統大多是依靠硬件自身發光或發聲報警，這種方式的缺點：一是無法記錄并存儲每一次發生的報警信息，以備后期的管理和統計;二缺乏對可燃氣體泄露地點的直觀的、可視化的了解，需要通過查找比對平面設計圖紙才能了解泄露點周圍情況，不利于快速疏導和撤離;三無法實現實時、動態遠程監測各探測點的氣體濃度和變化情況，缺乏對現場的掌控和監管能力。

綜上，一種可視化基于物聯網的可遠程監測和控制的可燃氣體監測報警系統便可以彌補傳統只依靠硬件報警的缺陷。

本論文基于對現如今獨立個體的單點家庭式和需要多點探測的工業類企業的可燃氣體報警系統大多無法進行可視化遠程管理的缺點，研究一款基于物聯網的既可應用于小區物業監管個體家庭，又可應用于企業監.管生產場地的可視化的、直觀的實時監控氣體濃度和遠程管理的一對多式監測報警系統平臺。

本平臺主要包含硬件和軟件兩部分：

硬件部分：

探測器：設計采用探測適應生活、生產環境的可燃氣體泄露的氣敏元件，根據氣體危害性、毒性和可燃性使用不同的催化燃燒式、半導體式和電化學式傳感器，并設計高精度探測的運行機制;

轉發器：設計采用基于環境差異的、考慮在轉發器部分要使用一種低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線物聯網通訊技術;ZigBee技術的物理層采用了擴頻技術，能夠在一定程度上抵抗干擾，MAC應用層（APS部分）有應答重傳功能。MAC層的CSMA機制使節點發送前先監聽信道，可以起到避開干擾的作用。當ZigBee網絡受到外界干擾，無法正常工作時，整個網絡可以動態的切換到另一個工作信道上，能夠保證數據的穩定物聯。

軟件部分：

可視化監測報警前端平臺主要包括的功能模塊為：

（l）探測器管理模塊（包括探測氣體濃度、數值變化等）;

（2）轉發器管理模塊（包括位置管理、狀態管理等）;

（3）聯動器管理模塊（包括端口管理、聯動關系管理等）;

（4）區域監視圖管理模塊（包括區域圖紙添加管理、參數設置管理等）;

（5）故障信息管理模塊（包括故障信息統計等）;

（6）報警信息管理與統計模塊（包括報警濃度管理、控制管理等）;

（7）數據管理模塊（包括數據備份功能等）。

其中報警功能可實現：

（1）當系統發出報警聲音提示時，可以查看當前報警位置與詳情總數、故障位置與詳情總數等;

（2）可以查看主視圖（或立體全景圖），定位報警點;

（3）可以查看當前報警點濃度變化，若為誤報或干擾氣體可遠程復位。如有泄漏，及時通知煤氣公司或相關人員。

其中報故障功能可實現：

（1）當系統發出故障聲音提示時，可切換到報警界面，查看當前故障位置與詳情總數

（2）可以查看最新故障信息、查看系統是否新發生故障;

（3）如為探測器傳感器故障，可暫時忽略進行手動復位和還原。（因環境變化可引起傳感器零點值漂移，短暫漂移引起的故障不影響其報警功能，可忽略）

此外還需要研究、設計和編寫各組件之間的通訊協議來完成軟、硬件間的無線互通互聯及數據的傳輸和反饋控制，從而達到遠程監測、遠程管理和物聯功能。

3 總結

傳統的可燃氣體泄露報警模式是現今小區家庭、工業生產中廣泛使用的且行之有效的一種報警方式，但是這種方式屬于“一次性”報警，要么無法實時監測泄露氣體濃度，要么無法存儲和統計監測和報警信息，更加無法通過顯示器給出直觀的位圖情況。而本文研究的可視化報警系統是升級傳統報警方式基礎上增加了數據存儲、濃度實時監測顯示、區域監視圖管理等功能的一個綜合性管理平臺。通過本平臺可以遠程監控和管理被監測場地的可燃氣體濃度，便于企業掌握現場實時狀況，防患于未然，確保因可燃氣體泄露或濃度超標而造成的事故被及時預報和發現，對減少財產損失甚至是人身傷亡起到至關重要的作用，是保證人民生產、生活的一道智能化保護傘，更是對和諧社會的一種不可或缺的安全保障方式。