基于物联网的燃气可视化监测报警系统

姜世超

摘要 燃气已成为家庭、工业生产必备的燃料资源，燃气一旦泄露将对人身和财产造成巨大伤害和损失，建立统一的监测报警平台能够及早发现问题，尽早采取措施，减免危险和损失。论文分析现今已应用的多数燃气报警系统的功能，针对薄弱环节，设计基于物联网的燃气可视化监测报警系统。

【关键词】物联网 可视化 燃气监测报警

1 研究背景概述

现如今燃气已经成为家庭、餐饮行业烹饪过程中必备的燃料资源，管道式燃气也基本覆盖90%以上的住宅;而依靠可燃气体为生产原料的企业数量也非常庞大。每年因各种原因导致的家庭燃气泄漏爆炸、企业可燃气体或有毒气体泄漏事故频发，造成的伤亡损失也是非常惨重的。早在上个世纪八十年代，日本就已经开始实行了安装城市煤气、液化石油气等可燃气体报警器的法规。而同样美国目前已有多个州的立法，规定了家庭式住宅需要安装一氧化碳报警器。我国国内现如今无论是家庭燃气泄露还是工业生产中可燃气体的泄露都会对人的生活和生产造成巨大的财产甚至是人身伤害。

为了减少或者避免因可燃气体或有毒气体泄漏造成的这种不可逆的人身伤害和财产损失，各式各样的可燃气体探测元件、泄露和报警器件应运而生，并已进入市场。而现今已经被家庭和企业广泛应用的可燃气体报警系统的报警方式都是以依靠探测器物理硬件自身的声、光模块而进行的声光报警为主，即“哪里泄露哪里响、哪里泄露哪里亮”。对于普通独立个体的家庭式燃气报警系统市场上已经有了智能化的报警设备和系统，这种智能报警系统主要是借助GSM移动通信组建的通信模块进行定位并发送相关报警消息至对应手机或移动终端设备，以便户主第一时间知晓家中燃气泄漏情况并及时采取应对措施。而对于工业生产类型的企业，尤其是生产材料中涉及多种不同可燃气体甚至是有害、有毒气体时，除了增加传感器元件的种类、数量、探测浓度和探测精度外，大多都是增加多路转发器或联动器以达到扩大探测类型和探测范围的广度和深度的目的和效果，当有泄露发生或可燃气体浓度达到警戒值时，探测器触发声光报警模块或将报警信息回传至统一的中央设备，对应位置的报警红灯会亮起并伴随声音提示。

2 监测报警系统平台框架设计

无论是何种方式方法，对于独立个体的单点家庭式和需要多点探测的工业类企业，现如今正在广泛应用的可燃气体泄露报警系统大多是依靠硬件自身发光或发声报警，这种方式的缺点：一是无法记录并存储每一次发生的报警信息，以备后期的管理和统计;二缺乏对可燃气体泄露地点的直观的、可视化的了解，需要通过查找比对平面设计图纸才能了解泄露点周围情况，不利于快速疏导和撤离;三无法实现实时、动态远程监测各探测点的气体浓度和变化情况，缺乏对现场的掌控和监管能力。

综上，一种可视化基于物联网的可远程监测和控制的可燃气体监测报警系统便可以弥补传统只依靠硬件报警的缺陷。

本论文基于对现如今独立个体的单点家庭式和需要多点探测的工业类企业的可燃气体报警系统大多无法进行可视化远程管理的缺点，研究一款基于物聯网的既可应用于小区物业监管个体家庭，又可应用于企业监.管生产场地的可视化的、直观的实时监控气体浓度和远程管理的一对多式监测报警系统平台。

本平台主要包含硬件和软件两部分：

硬件部分：

探测器：设计采用探测适应生活、生产环境的可燃气体泄露的气敏元件，根据气体危害性、毒性和可燃性使用不同的催化燃烧式、半导体式和电化学式传感器，并设计高精度探测的运行机制;

转发器：设计采用基于环境差异的、考虑在转发器部分要使用一种低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线物联网通讯技术;ZigBee技术的物理层采用了扩频技术，能够在一定程度上抵抗干扰，MAC应用层（APS部分）有应答重传功能。MAC层的CSMA机制使节点发送前先监听信道，可以起到避开干扰的作用。当ZigBee网络受到外界干扰，无法正常工作时，整个网络可以动态的切换到另一个工作信道上，能够保证数据的稳定物联。

软件部分：

可视化监测报警前端平台主要包括的功能模块为：

（l）探测器管理模块（包括探测气体浓度、数值变化等）;

（2）转发器管理模块（包括位置管理、状态管理等）;

（3）联动器管理模块（包括端口管理、联动关系管理等）;

（4）区域监视图管理模块（包括区域图纸添加管理、参数设置管理等）;

（5）故障信息管理模块（包括故障信息统计等）;

（6）报警信息管理与统计模块（包括报警浓度管理、控制管理等）;

（7）数据管理模块（包括数据备份功能等）。

其中报警功能可实现：

（1）当系统发出报警声音提示时，可以查看当前报警位置与详情总数、故障位置与详情总数等;

（2）可以查看主视图（或立体全景图），定位报警点;

（3）可以查看当前报警点浓度变化，若为误报或干扰气体可远程复位。如有泄漏，及时通知煤气公司或相关人员。

其中报故障功能可实现：

（1）当系统发出故障声音提示时，可切换到报警界面，查看当前故障位置与详情总数

（2）可以查看最新故障信息、查看系统是否新发生故障;

（3）如为探测器传感器故障，可暂时忽略进行手动复位和还原。（因环境变化可引起传感器零点值漂移，短暂漂移引起的故障不影响其报警功能，可忽略）

此外还需要研究、设计和编写各组件之间的通讯协议来完成软、硬件间的无线互通互联及数据的传输和反馈控制，从而达到远程监测、远程管理和物联功能。

3 总结

传统的可燃气体泄露报警模式是现今小区家庭、工业生产中广泛使用的且行之有效的一种报警方式，但是这种方式属于“一次性”报警，要么无法实时监测泄露气体浓度，要么无法存储和统计监测和报警信息，更加无法通过显示器给出直观的位图情况。而本文研究的可视化报警系统是升级传统报警方式基础上增加了数据存储、浓度实时监测显示、区域监视图管理等功能的一个综合性管理平台。通过本平台可以远程监控和管理被监测场地的可燃气体浓度，便于企业掌握现场实时状况，防患于未然，确保因可燃气体泄露或浓度超标而造成的事故被及时预报和发现，对减少财产损失甚至是人身伤亡起到至关重要的作用，是保证人民生产、生活的一道智能化保护伞，更是对和谐社会的一种不可或缺的安全保障方式。