一览无“溢”

李冠岐 马宁 张思昊 李洋

摘要：我国是化工企业大国，而化工厂爆炸事故在我国也时有发生，造成人员伤亡约为15000人造成的经济损失约为57亿元。其中最著名的当属2013年的大连港石油厂爆炸事件，而其原因是因为石油泄漏，压力表会发生骤变，若能提前察觉，则可能会预防此事故的发生，而当时是因为使用人工巡检抄表，而人工巡检又具有周期性和精度不保证性，最终导致悲剧的发生。在化工厂规模越来越大的同时，24小时自动抄表将是一个不可忽视的市场。因此，开发一款能进行24小时全天候高精度的自动抄表系统则变得非常有必要。针对这一痛点，我们发明了这款基于LoRa通信传输集微型、广泛、精确可靠、功耗低、省时省力为一体的智能视觉表计——一览无“溢”。

关键词：LoRa传输;机械表巡检

1.研究背景

安全生产关系着人民群众的生命财产安全，关系改革发展和社会稳定大局，我国国务院高度重视，提出建设泛在物联网和推动了关于安全生产的各项政策任务落实，维护生产安全，利国利民。我国自2001年至今，因工厂泄露事故事件造成的造成人员伤亡约为15000人，造成的经济损失约为57亿元，在这些事故中，有近37%的事故是可以通过机械或数字仪表进行检测和调整去避免的，但是由于机械检表效率低下以及具有周期性等原因，使得问题前期没有被发现并采取有力措施，导致最终酿成惨案，造成不可逆的后果。

截止到2021年，我国化工厂多达45000愈家，其中大型化工厂有千余个，每个化工厂都会使用数以千计的机械仪表，若全部使用人工巡检抄表或使用机器人巡检抄表，则有以下几个缺点：①精度不能保证，出现误差不可逆。②具有周期性，无法做的对每个机械表进行实时有效的监测。③成本较高，每人每天工资约为150元，巡检机器人一台价格为3000-5000元。若使用固定相机抄表，虽可实现24小时全天候抄表，但也有以下几个缺点：①成本高，一台高清固定相机的价格为800-1400元，有较高的资金投入。②虽精度较高，但出现误差不可逆，也会导致财产和人员的伤亡。综上所述人工抄表不仅费时费力成本高，而且精度不可保证，导致最终可能会出现不可逆的经济损失甚至是人员伤亡，劳民伤财，不利于国家的发展和社会大局的稳定。根据以上问题和实际情况我们设计了一款基于LoRa传输方式集微型、广泛、精确可靠、功耗低为一体的智能视觉表计——一览无“溢”。

2.设计与系统介绍

我们设计的这款视觉表计，充分的考虑了实用性和可行性。我们以LoRa无线通信模块、高清摄像头作为此设备的主体，聚合物锂电池以及环形Led灯为辅助结构安装在主体上，使之成为了一套完整的视觉表计。

根据实际的使用要求，以及参照《机械设计手册》、《通信原理》、《无线通信技术》等工具书，计算和设计出了整体的通信结构、系统构架以及部署结构等，以致达到最佳的使用效果、最高的检测精度以及最低的使用成本和最高的电池续航等。

一览无“溢”视觉表计是基于LoRa通信方式的机械表读数检测系统。LoRa通信方式，是一种功耗特别低的局域网无线通信。我们悉知功耗低一般很难做到远距离广局域的通信，而远距离的通信一般都是功耗较高。而LoRa（Long Range Radio）这一通信方式，从名字我们就可以得知，其最大优势就是在功耗低的情况下，传输距离比传统的射频无线通信距离扩大4-5倍。LoRa通信方式主要有以下几个优点①功耗低，每天功耗约为4微瓦，电池理论寿命约为10年。②传输距离远，城镇传输距离约为3-8Km.而在郊区的传输距离可到15Km。③容量高，一个网关，可以连接万计个节点。④安全性强，采用AES128加密方式，保障了其安全性。⑤成本低，LoRa可形成自己的局域网，无需在向其他通信网络缴费，降低了资金支出。综上优点，本产品采用LoRa通信方式作为其传输通信。

高清摄像头，采用STM32单片机编程，经过程序算法，系统将800款表针类型转化为系统可识别程序，通过视觉捕捉技术可快速准确识别机械表针，可以同时识别多种表针、多种表盘以及同一表盘上的多个指针，使得其功能强大，应用范围广等。经过单片机的算法和信息提取，使得摄像头可以智能采集表针和刻度区域，减少无用的图像信息量，有利于提高工作效率等。环形LED灯圈，采用反射式AutoExpose测光原理，在光照低于设置阈值时，通过我们独有的灯光算法配合STM32传输PWM信号，改变光照强度，最大亮度可达到4流明使得在黑暗环境中也能正常工作。

一览无“溢”视觉表计，可适用于市面上的绝大部分机械表，并且不用对原有表计进行内部改造，降低安装成本。一个大型化工厂可只需要一个视觉表计总控室，并只需2-3人即可代替原先的多人巡检抄表工作，降低了工资支出，增加了经济收入，而且本产品能做到24小时全天候的机械表计检测，并保证误差在0.2%-0.5%，精度高，安全性有保障，提高了化工厂等企业的安全系数，减少了因表计问题而造成的人员伤亡和经济损失等问题，有利于国家社会大局的稳定和国民经济收入的增加。

市场前景和效益分析

产业生产的自动化以逐步完善，智能化程度也越来越高，自动化抄表也将符合时代潮流。无论是工厂还是政府部门都可采用本场品去进行自动化的抄表巡检。而不管是工厂还是政府部门都有数以千计甚至万计的机械仪表，所以本产品具有极广阔的市场前景，也可带来极高的经济效益。一览无“溢”可以实现24小时全天候巡检抄表，提高抄表的精确度，防止因抄表失误或抄表不及时带来的不可逆的经济损失和人员伤亡。因本产品体积小巧、操作简单、不受天气、环境等外界因素影响，所以可以提高抄表巡检的工作效率，减少抄表工的工资支出，增加工厂或政府部门的资金收入，提高工厂的安全系数。本产品也符合当今物联网自动化的时代潮流，使其更適应当今社会，更能推动国家和社会的发展。

3.结语

我国是世界上公认的化工企业大国，化工厂数量居世界首位，使用一款可以24小时全天候自动巡检的智能视觉表计，可以降低人工成本，提高抄表的精确度，减少甚至避免因抄表不及时或疏忽机械表计巡检而造成的人员伤亡和经济损失。提高国民收入，稳定社会大局。随着科技的发展，本产品也会出现一些竞争对手，我们也将争取政府部门支持以及从事专门行业的高水平人员对我们进行技术指导，以求使我们的产品更加完善，我们也会关注市场，调整方案，吸引客户。我们根据实际使用情况，不断完善和更新我们的产品。

参考文献

[1]乐建波.化工仪表及其自动化，化学工业出版社，2020.

[2]李学华，吴韶波，杨玮，南利平.通信原理简明教程，国防工业出版社，2020.