基于Zigbee天然氣泄露遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)

程萍

摘 要：天然氣在使用過程中如果使用不當(dāng)、安全措施不到位一旦造成天然氣泄漏是相當(dāng)危險(xiǎn)的，天然氣使用點(diǎn)比較集中而且每個(gè)用戶家里情況不易監(jiān)控，一旦一個(gè)用戶天然氣泄露造成爆炸、火災(zāi)會(huì)殃及到周圍居民，造成不可估量的人身安全傷害和經(jīng)濟(jì)損失。于是在這種背景下，基于Zigbee模塊通過無(wú)線GPRS監(jiān)控天然氣系統(tǒng)狀況的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。該系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、安全可靠，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程智能監(jiān)控;Zigbee;天然氣泄漏;GPRS;傳感器

一、研究目標(biāo)

在現(xiàn)代城市生活中天然氣成為不可或缺的生活必須品，天然氣獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)受到人們的親睞，天然氣完全燃燒極少產(chǎn)生對(duì)人體呼吸系統(tǒng)健康的有害氣體，并且產(chǎn)生的二氧化碳也只有煤炭40%左右，二氧化硫產(chǎn)生量就更加少，燃燒后無(wú)廢渣、廢水產(chǎn)生，和煤炭、石油等能源比較起來(lái)更加安全、熱值高、潔凈等優(yōu)勢(shì)。本系統(tǒng)采用近距離低功耗雙向無(wú)線通訊的Zigbee技術(shù)，通過現(xiàn)場(chǎng)一氧化碳傳感器采集到環(huán)境中天然氣濃度是否超標(biāo)，并通過使用加權(quán)算法來(lái)判斷天然氣是否存在泄漏情況，從而減小了天然氣的漏報(bào)率和誤報(bào)率。當(dāng)判定確實(shí)存在天然氣泄漏問題，將一氧化碳傳感器采集的數(shù)據(jù)信息，傳遞給Zigbee模塊，再由Zigbee模塊通過RTU遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)，RTU負(fù)責(zé)將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)信息傳送到服務(wù)器，服務(wù)器將天然氣泄漏信息傳遞給用戶，用戶接到提示信息及時(shí)采取措施。

二、研究?jī)?nèi)容

隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量的提高和生活環(huán)境的改善越來(lái)越重視。天然氣作為一種清潔型能源進(jìn)入家庭得到廣泛使用，為人們的生活帶來(lái)了方便，減少了城市的污染，提高了生活質(zhì)量和效率，但是，天然氣也是潛在的“危險(xiǎn)品”，天然氣在使用過程中，若管道和閥門密封不好，一旦泄漏出去極易爆炸，危及人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

本課題是基于ZigBee無(wú)線通訊技術(shù)的天然氣泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本課題主要是通過現(xiàn)場(chǎng)傳感器采集一氧化碳?xì)怏w濃度，并將濃度信息通過ZigBee無(wú)線模塊與家庭中的數(shù)據(jù)終端RTU將數(shù)據(jù)通過GPRS傳送給數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，并通過WEB服務(wù)器將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)布出去，用戶可登陸WEB網(wǎng)頁(yè)查看當(dāng)前數(shù)據(jù)狀態(tài)，也可查看歷史數(shù)據(jù)記錄。

同時(shí)該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到天然氣濃度大于安全報(bào)警閾值的時(shí)候可及時(shí)通過自動(dòng)電話反饋給用戶，便于及時(shí)進(jìn)行救援。同時(shí)給出聲光報(bào)警，并伴有語(yǔ)音提醒。

三、解決的關(guān)鍵問題

（1）燃?xì)鉂舛缺O(jiān)測(cè)方法研究。

（2）各種監(jiān)測(cè)信息、控制信息、報(bào)警信息、操作信息的存儲(chǔ)方法研究。

（3）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在線實(shí)時(shí)顯示功能研究。

（4）報(bào)警信息及時(shí)通過自動(dòng)電話反饋給用戶的方法研究。

（5）監(jiān)測(cè)的歷史數(shù)據(jù)的查詢功能研究。

（6）現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制天然氣總閥自動(dòng)關(guān)閉。

四、技術(shù)路線

家庭天然氣遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)主要由一氧化碳濃度檢測(cè)傳感器、ZigBee模塊、數(shù)據(jù)無(wú)線轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、WEB服務(wù)器構(gòu)成。

該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確無(wú)誤的反應(yīng)環(huán)境一氧化碳濃度，傳感器的選擇是至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，本系統(tǒng)在對(duì)各類一氧化碳傳感器性能參數(shù)做詳細(xì)的比較后，最終選擇具有優(yōu)秀重組性和穩(wěn)定性的低功耗、高精度、高靈敏度的電化學(xué)式傳感器ME2-CO作為現(xiàn)場(chǎng)一氧化碳濃度檢測(cè)設(shè)備。

其次，采用Zigbee無(wú)線傳輸技術(shù)，ZigBee的無(wú)線設(shè)備工作在868MHZ，915MHZ和2.4Z頻帶。其最大數(shù)據(jù)速率是250Kbps，ZigBee技術(shù)主要針對(duì)以電池為電源的應(yīng)用，這些應(yīng)用對(duì)低數(shù)據(jù)速率、低成本、更長(zhǎng)時(shí)間的電池壽命有較高的需求。在一些ZigBee應(yīng)用中，無(wú)線設(shè)備持續(xù)處于活動(dòng)狀態(tài)的時(shí)間是有限的，大部分時(shí)間無(wú)線設(shè)備是處于省電模式（也稱休眠模式）的。因此，ZigBee設(shè)備在電池需要更換以前能夠工作數(shù)年以上。Zigbee無(wú)線傳輸技術(shù)是短距離高效的低功耗數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，在智能家居中廣泛應(yīng)用。

天然氣泄漏監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)主要以一氧化碳濃度檢測(cè)傳感器為檢測(cè)核心，通過一氧化碳濃度檢測(cè)傳感器檢測(cè)一氧化碳濃度，并將濃度信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，該模擬信號(hào)通過ZigBee模塊通過無(wú)線方式轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)據(jù)無(wú)線轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備RTU，該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是通訊方式采用無(wú)線ZigBee協(xié)議進(jìn)行，在用戶家里實(shí)施時(shí)相對(duì)于傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)說，無(wú)需敷設(shè)線路，實(shí)施方便快捷，同時(shí)ZigBee模塊可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)組網(wǎng)，系統(tǒng)安全穩(wěn)定可靠。

一氧化碳檢測(cè)傳感器將氣體信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬的電信號(hào)。當(dāng)服務(wù)器接收到信號(hào)后對(duì)該信號(hào)進(jìn)行處理，并對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，看是否大于或等于某個(gè)預(yù)設(shè)值（報(bào)警限），當(dāng)檢測(cè)氣體濃度超出設(shè)定報(bào)警閾值時(shí)給出聲光報(bào)警。同時(shí)服務(wù)器會(huì)通過語(yǔ)音模塊向戶主發(fā)送語(yǔ)音提醒以便讓戶主及時(shí)做出判斷處理。為使報(bào)警裝置更加完善，可以在聲音報(bào)警基礎(chǔ)上，加入閃光報(bào)警，變化的光信號(hào)可以引起用戶注意，彌補(bǔ)嘈雜環(huán)境中聲音報(bào)警的局限。以上是對(duì)天然氣泄露遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提出的整體設(shè)計(jì)思路。

五、研究?jī)r(jià)值

該系統(tǒng)不僅使用適用于家庭，還適用于酒店廚房，商鋪等使用天然氣的小范圍場(chǎng)所的遠(yuǎn)程監(jiān)控及管理，主要針對(duì)家庭使用，為今后研究完善家庭安防系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)，本課題研究基于ZigBee無(wú)線通訊技術(shù)的天然氣泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，與國(guó)內(nèi)已有系統(tǒng)相比，存在布線方便，自動(dòng)組網(wǎng)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，監(jiān)控及時(shí)等優(yōu)點(diǎn)。并且在系統(tǒng)開發(fā)研究過程中盡可能的通過技術(shù)手段降低成本，目的是為了做出物美價(jià)廉、安全可靠的天然氣實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。

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作者簡(jiǎn)介：程萍（1981-），女，河南人，本科，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)。