智能燃气表和燃气泄漏报警器联合系统探究

2020-11-27王贺王晓微

商品与质量 2020年8期

王贺王晓微

伊犁州计量检定所新疆伊犁 835000

信息技术与燃气装置的结合，为人们生活带来诸多便利，但与此同时也埋下一些安全隐患，例如燃气中毒与气体泄漏等。为了保证燃气装置运行安全性，采用智能燃气表，并且设计智能燃气表和燃气泄漏报警器联合系统，可以及时发现安全性问题，避免气体泄漏，及时发出预警。下面针对该联合系统展开分析。

1 智能燃气表和燃气泄漏报警器联合系统概述

智能燃气表和燃气泄漏报警器联合系统作为新时期的设计产物，通过蓝牙连接两个装置，优势在与通信功耗小、成本低、通信范围广[1]。同时，报警器内部设置GPRS模块，和燃气公司服务器连接，可以实现远程抄表。从用户角度分析，这一联合系统支持实时缴费与充值，切为人们的生活提供便利。

2 联合系统内部结构

2.1 智能燃气表

智能燃气表包括基表、智能燃气表控制器，利用燃气流动获得运行需要的动力，内部薄膜腔充气与排气之后实现字轮计数与计量。

2.2 报警器

报警器是由外壳、电源线、报警器控制器组合而成，其中外壳是报警器机械结构不可分割的一部分，为报警器赋予防水性与防尘性的特点，电源线的作用是市电电源连接，报警器控制器能够实现报警器电子控制，内部设置了微功耗单片机、储存模块、声音报警模块、GPRS模块等，一旦发现燃气泄漏，可以及时报警，并且向燃气公司传输蓝牙数据。

3 联合系统实践应用

3.1 数据传输

报警器与智能燃气表之间的连接主要依靠蓝牙模块，在蓝牙模块的作用下也可以完成数据交互。报警器内部设置GPRS模块，与燃气公司的服务器相连接，同时为双方数据交互提供条件[2]。

3.2 GPRS模块

选择GPRS模块需要考虑物理接口、两路串口、USB接口、音频接口、SIM卡接口，期间还需要进行省电设计，即便处在休眠模式也可以维持运行。GPRS模块电源一般需要经过电压管理模块处理，所有运行电量消耗比较少，可以直接忽略。另外，GPRS模块的设计可以采用TCP/IP、GDP协议，尽管这两种协议均为二进制流控制间传输协议，但前者主要支持连接，GDP则与之相反。尽管网络面临安全性与稳定性的问题，但是TCP协议可以最大程度上提升连接可靠性。GDP协议进行数据传输之前，不会和对方建立连接，所接收到的数据同样不会确认信号，发送端无法得知数据的接收状态，无须重发[3]。因此，不建议采用GDP协议。

GPRS模块处于通信状态下，若长期无数据传输会自动断开连接，其原因是为了降低网关NAT映射表负荷，如果只有一个链路长期没有通信，便会将对应表删除导致链路中断。鉴于此，为了使GPRS长期维持在线状态，建议采用心跳包设计方法，一段时间过后由GPRS模块为服务器传输固定数据，所传输的数据可以不具备实际意义，只需保持网络连接即可。GPRS模块连接期间若已经超过2min未接受到燃气公司服务器传输的心跳包应答，便会自动断开连接，这时操作人员可以尝试重新连接，若3次连接均未成功，可间隔5min继续尝试，直至GPRS连接成功停止，另外也可以直接重启GPRS模块，检查是否恢复连接状态

3.3 蓝牙模块

第一，蓝牙从机模块间隔5s会自动向蓝牙主机模块传输广播信息，传输的广播信息涉及到蓝牙从机模块的MAC地址、匹配认证身份识别ID以及厂家标志；第二，蓝牙主机模块放置在报警器中，分别采用3个蓝牙广播信道对其进行扫描，如果发现满足要求的蓝牙从机模块，便可提出连接请求，实现蓝牙主机与从机模块的连接；第三，如果已经完成蓝牙主从机模块连接，进行到后续的数据通信环节，仍然需要二次握手验证，由蓝牙主机模块传输身份识别ID算法，该算法需要提前和蓝牙从机模块约定，主要作用是帮助连接双方明确身份；第四，若已经成功通过蓝牙模块的二次握手验证，根据定制协议实施数据通信，通信内容包含燃气单价、累计用量、剩余金额、内置阀门状态等。蓝牙传输环节为了提高稳定性与信息准确性，建议采用AES128加密算法，如果连接蓝牙模块环节发生异常，或者没有通过身份验证，蓝牙主机模块连接会自动断开。

3.4 报警与关闭内置阀门

第一，报警器内部设置甲烷传感器，在运行过程中如果发现附近甲烷体积分数已经达到设定值，这时会自动发出预警，并且将报警信号传输至微功耗单片机；第二，微功耗单片机收到预警信号，同时给声音报警模块、指示灯发出指示，随后微功耗单片机会利用内部的储存模块，储存此次预警事件信息；第三，通过蓝牙主机模块，向智能燃气表内置蓝牙从机模块传递报警信息，将内置阀门关闭，确保燃气装置安全；第四，已经关闭智能燃气表内置阀门之后，由显示模块向报警器发送“内置阀门关闭”的指令，接收指令后再将其传递至燃气公司服务器，及时向用户反馈信息。

3.5 抄表与用户缴费

燃气公司服务器向报警器传递抄表指令，由蓝牙主机模块发送给智能燃气表，智能燃气表再采集抄表所需数据之后，经过蓝牙从机模块将采集到的数据传输至报警器，而报警器则利用内置GPRS模块发回到燃气公司服务器中，自动计算用户燃气使用量。如果用户需要缴费，可以直接在手机软件、燃气缴费网站中进行，最终显示缴费成功，即代表完成缴费操作。