基于物聯網的智能燃氣閥門控制系統設計與關鍵技術分析

李金陸

摘 要 隨著城市燃氣的普及和人們安全意識的提高，燃氣設備的安全管理成為社會關注的重點，尤其是使用鋼瓶燃氣的用戶，燃氣鋼瓶的安全風險更高，一旦出現安全事故，也更易引起人們的恐慌心理。本文基于物聯網技術，設計了燃氣智能閥門的控制系統，為降低燃氣鋼瓶的安全隱患，提升燃氣鋼瓶的安全度提供借鑒與參考。

關鍵詞 物聯網技術;智能燃氣閥門;燃氣安全

隨著城鎮化進程的加快，城市之中燃氣的普及率不斷上升，無論是管道燃氣還是鋼瓶燃氣，選擇使用燃氣來提供能源已經非常普遍。管道燃氣在維護與安全管理中，燃氣管理部門能夠通過管道數據的追蹤和用戶之間的互動交流實現安全管理和安全監測，而鋼瓶燃氣存在著經營管理混亂，甚至有違規操作的現象，嚴重影響了燃氣的安全管理，影響人們的生命安全[1]。本文對物聯網技術之下的燃氣閥門控制系統進行分析，提出了智能化的燃氣閥門控制設計方法，提升了傳統燃氣閥門的安全性和功能性，降低了燃氣的安全隱患，對燃氣的安全管理和人民的正常生活有重要的價值。

1智能燃氣閥門的控制系統需求

本文所探討的智能燃氣閥門是在傳統智能燃氣閥門的基礎之上進行升級改造的，包括對燃氣閥門，充氣槍、定位功能和遠程監控系統，將傳統的燃氣閥門變身成為能夠實現智能定位，防拆，防充，信息跟蹤等多種功能。防拆功能能夠保證安裝這一閥門的燃氣管理單位能夠實現對鋼瓶燃氣的有效管理，防止因用戶隨意拆卸閥門裝置，影響后續的管理追蹤;防充功能是為了控制鋼瓶燃氣的燃氣來源，只能在指定的有資質燃氣充裝地點進行燃氣充裝，保證了氣體的質量;信息追蹤功能能夠記錄鋼瓶的生產與使用信息，芯片能夠實現對鋼瓶的遠程監控，實現長期的安全追蹤管理;定位功能既能防止燃氣鋼瓶被盜，也能防止不合格的鋼瓶再次流入市場或者鋼瓶超期服役。此外，燃氣鋼瓶的智能燃氣閥門控制系統需要電池供應的部分都遠離鋼瓶的閥門，而裝在鋼瓶瓶身的防爆盒中，提升智能燃氣閥門的安全性。

一方面實現了燃氣管理部門對鋼瓶燃氣來源與使用時限的監控管理，避免了來源不明的黑心燃氣鋼瓶造成社會危害，又提升了燃氣鋼瓶的管理效率，對鋼瓶的信息追蹤能夠實現鋼瓶的找回和燃氣安全管理的追蹤與回訪，有利于將鋼瓶燃氣也納入到管道燃氣的管理范疇，提升燃氣公司的管理效率。

2基于物聯網的智能燃氣閥門設計

2.1 設計思路

基于物聯網的智能燃氣閥門設計，防拆功能的原理是利用防拆桿與彈簧的組合，完成閥門安裝之后彈簧上升將防拆桿彈出從而實現機械防拆的目的;防充的原理是在傳統燃氣閥門的基礎之上裝載磁鐵閥芯，當不明來源的充氣站對鋼瓶進行充裝時，閥芯中的磁鐵吸住了貼片，鐵片保持一定的傾斜度從而阻擋了外界的充氣槍進行充裝。當用戶到正規充氣站充氣，打開閥門中的壓力則使磁鐵與鐵片分離，可以正常充裝燃氣;信息追蹤的設計原理是，當用戶到正規燃氣充氣站進行充裝時，充氣槍上的讀寫器能夠掃描閥門上的序列號，此時序列號的信息則會系統收集，當序列號信息與系統中已經存儲的信息一致，則充氣槍的電路導通，繼電器的電路能夠將電磁鐵切斷，從而使得電磁鐵與鐵片分離，正常充裝燃氣。充氣槍的讀寫器還能夠根據用戶的情況將燃氣每次充裝數據進行寫入，實現芯片信息的填充，結合定位系統，有利于對燃氣鋼瓶的安全監控管理[2]。

2.2 設計結構

根據需求和設計思路智能燃氣閥門控制系統主要可分成四個部分，第一個部門是燃氣閥門本身，也就是傳統的燃氣閥門，第二部分是裝在瓶身上的控制系統，系統的控制器選用STM32單片機，加裝無線導航遠程定位系統和四頻GSM/GPRS模塊。第三個部門是裝在充氣槍上的芯片與讀寫器系統，裝載RFID射頻識別標簽，WIFI無線傳輸系統，繼電器等模塊第四部分是位于燃氣管理部門的遠程監控管理服務器。

3基于物聯網的智能燃氣閥門控制系統的關鍵技術

基于物聯網的智能燃氣閥門控制系統涉及的技術主要是RFID無線射頻技術、GPS定位技術、GPRS通信技術和WIFI無線傳輸技術四種主要技術[3]。

在智能燃氣閥門控制系統中RFID無線射頻技術在一般狀態下，會不斷發出射頻信號，若有電子標簽進入無線射頻的視線則會產生共振，啟動電子標簽，電子標簽回應射頻器，將信息傳輸給讀寫器，再將信息傳送到控制系統。GPS定位技術采取的是偽距定位法。GPRS技術是在GSM網絡中加入GPRS網關節點和業務節點，創建無線數據傳輸系統，利用BSS基站系統分配信息資源。有數據傳送時，信息首先傳到GPRS終端再傳送到基站，再傳到業務節點和網關節點，之后GGSN節點對數據進行處理，再發到系統終端。

4基于物聯網的智能燃氣閥門控制系統的應用

首先，通過智能燃氣閥門的軟硬件設置之后，對智能燃氣閥門控制系統進行測試。實驗員將智能燃氣閥門控制系統中的充氣槍打開開關進行燃氣的充裝，之后換成普通充氣槍對其進行充氣，從而測試智能燃氣閥門系統的運行狀況，測試其防拆、防充、定位和追蹤功能;其次，當智能燃氣閥門通過了功能測試真正投入生產指揮，一方面需要提高充氣站的質量檢測和監測力度，保證充氣站合規合規，將充氣站也并入物聯網智能管理系統，提升充氣站的管理水平;再次，在利用GPS技術進行定位時，需要根據當地的實際情況，若地形較為復雜可并入WIFI定位、基站定位等其他定位技術共同實現對定位信號的確定，提升定位的精準性;最后，智能燃氣閥門控制系統的研究是為了實現鋼瓶燃氣的數據化、智能化管理，增加鋼瓶燃氣用戶的安全保障。因此，在實際的推廣過程中需要進行一定的宣傳普及，提升大眾對鋼瓶燃氣安全性的重視程度，提高智能燃氣閥門的接受度和配合度，才能充分發揮出智能燃氣閥門的作用。

參考文獻

[1] 周乃卿.城鎮燃氣管理中物聯網技術的應用[J].居舍，2019（13）：172.

[2] 李楊.設備管理模式對城鎮燃氣設備管理分析影響[J].城市燃氣，2019（2）：41-43.

[3] 俞翔，陳振農，王偉棟，等.燃氣閥門井結構優化及應用設計計算[J].浙江建筑，2018，35（1）：21-24.