基于Zigbee天然气泄露远程监控系统的开发

程萍

摘 要：天然气在使用过程中如果使用不当、安全措施不到位一旦造成天然气泄漏是相当危险的，天然气使用点比较集中而且每个用户家里情况不易监控，一旦一个用户天然气泄露造成爆炸、火灾会殃及到周围居民，造成不可估量的人身安全伤害和经济损失。于是在这种背景下，基于Zigbee模块通过无线GPRS监控天然气系统状况的远程智能监控系统应运而生。该系统实用性强、安全可靠，具有实际应用价值。

关键词：远程智能监控;Zigbee;天然气泄漏;GPRS;传感器

一、研究目标

在现代城市生活中天然气成为不可或缺的生活必须品，天然气独特的优点受到人们的亲睐，天然气完全燃烧极少产生对人体呼吸系统健康的有害气体，并且产生的二氧化碳也只有煤炭40%左右，二氧化硫产生量就更加少，燃烧后无废渣、废水产生，和煤炭、石油等能源比较起来更加安全、热值高、洁净等优势。本系统采用近距离低功耗双向无线通讯的Zigbee技术，通过现场一氧化碳传感器采集到环境中天然气浓度是否超标，并通过使用加权算法来判断天然气是否存在泄漏情况，从而减小了天然气的漏报率和误报率。当判定确实存在天然气泄漏问题，将一氧化碳传感器采集的数据信息，传递给Zigbee模块，再由Zigbee模块通过RTU远程终端控制系统，RTU负责将现场信号信息传送到服务器，服务器将天然气泄漏信息传递给用户，用户接到提示信息及时采取措施。

二、研究内容

随着经济和科学技术的快速发展，人们对生活质量的提高和生活环境的改善越来越重视。天然气作为一种清洁型能源进入家庭得到广泛使用，为人们的生活带来了方便，减少了城市的污染，提高了生活质量和效率，但是，天然气也是潜在的“危险品”，天然气在使用过程中，若管道和阀门密封不好，一旦泄漏出去极易爆炸，危及人们的生命财产安全。

本课题是基于ZigBee无线通讯技术的天然气泄漏监测系统。本课题主要是通过现场传感器采集一氧化碳气体浓度，并将浓度信息通过ZigBee无线模块与家庭中的数据终端RTU将数据通过GPRS传送给数据库服务器，并通过WEB服务器将实时数据发布出去，用户可登陆WEB网页查看当前数据状态，也可查看历史数据记录。

同时该监测系统检测到天然气浓度大于安全報警阈值的时候可及时通过自动电话反馈给用户，便于及时进行救援。同时给出声光报警，并伴有语音提醒。

三、解决的关键问题

（1）燃气浓度监测方法研究。

（2）各种监测信息、控制信息、报警信息、操作信息的存储方法研究。

（3）监测数据在线实时显示功能研究。

（4）报警信息及时通过自动电话反馈给用户的方法研究。

（5）监测的历史数据的查询功能研究。

（6）现场自动控制天然气总阀自动关闭。

四、技术路线

家庭天然气远程智能监控系统主要由一氧化碳浓度检测传感器、ZigBee模块、数据无线转发设备、数据库服务器、WEB服务器构成。

该系统能够准确无误的反应环境一氧化碳浓度，传感器的选择是至关重要的一个环节，本系统在对各类一氧化碳传感器性能参数做详细的比较后，最终选择具有优秀重组性和稳定性的低功耗、高精度、高灵敏度的电化学式传感器ME2-CO作为现场一氧化碳浓度检测设备。

其次，采用Zigbee无线传输技术，ZigBee的无线设备工作在868MHZ，915MHZ和2.4Z频带。其最大数据速率是250Kbps，ZigBee技术主要针对以电池为电源的应用，这些应用对低数据速率、低成本、更长时间的电池寿命有较高的需求。在一些ZigBee应用中，无线设备持续处于活动状态的时间是有限的，大部分时间无线设备是处于省电模式（也称休眠模式）的。因此，ZigBee设备在电池需要更换以前能够工作数年以上。Zigbee无线传输技术是短距离高效的低功耗数据传输设备，在智能家居中广泛应用。

天然气泄漏监测报警系统主要以一氧化碳浓度检测传感器为检测核心，通过一氧化碳浓度检测传感器检测一氧化碳浓度，并将浓度信号转换为模拟信号，该模拟信号通过ZigBee模块通过无线方式转发给数据无线转发设备RTU，该系统的主要特点是通讯方式采用无线ZigBee协议进行，在用户家里实施时相对于传统监测系统来说，无需敷设线路，实施方便快捷，同时ZigBee模块可实现自动组网，系统安全稳定可靠。

一氧化碳检测传感器将气体信号转化为模拟的电信号。当服务器接收到信号后对该信号进行处理，并对处理后的数据进行分析，看是否大于或等于某个预设值（报警限），当检测气体浓度超出设定报警阈值时给出声光报警。同时服务器会通过语音模块向户主发送语音提醒以便让户主及时做出判断处理。为使报警装置更加完善，可以在声音报警基础上，加入闪光报警，变化的光信号可以引起用户注意，弥补嘈杂环境中声音报警的局限。以上是对天然气泄露远程监测系统提出的整体设计思路。

五、研究价值

该系统不仅使用适用于家庭，还适用于酒店厨房，商铺等使用天然气的小范围场所的远程监控及管理，主要针对家庭使用，为今后研究完善家庭安防系统奠定基础，本课题研究基于ZigBee无线通讯技术的天然气泄漏监测系统，与国内已有系统相比，存在布线方便，自动组网，数据准确，监控及时等优点。并且在系统开发研究过程中尽可能的通过技术手段降低成本，目的是为了做出物美价廉、安全可靠的天然气实时监控系统。

参考文献：

[1]谭炳华.火灾自动报警及消防联动系统[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2]尉志武.基于Zigbee的家庭火灾报警系统的设计[J].太原理工大学学报，2012.

[3]朱恒军，张玉龙.基于ZigBee的室内空气环境监控系统设计[J]，电子技术应用，2015.

作者简介：程萍（1981-），女，河南人，本科，讲师，研究方向：计算机。