液化石油氣鐵路罐車遠程報警系統組成與實現

褚永全

摘要：本文介紹了一種由氣敏傳感器和GPRS技術相結合的液化氣遠程報警系統。該系統能全天候監控液化氣鐵路罐車人孔內安全附件，并及時準確的將液化氣泄露情況轉換成聲光信號，同時將監測點的信息進行相應的處理后發送到指定的接收裝置。該系統能實現無人遠程監控，具有很強的實用性。

關鍵詞：液化石油氣；鐵路罐車；遠程報警系統

引言

液化氣既是重要的化工原料，也是重要的清潔能源。在鐵路運輸過程中，主要有隨車押運員負責監護任務。但隨著電氣化鐵路的普及，押運員在編組站及臨時停靠站上車檢查已經變得越來越危險，而且隨車押運員本身帶來的不安全因素在實際工作中也時有發生。因此，建立一套由液化氣鐵路罐車產權單位和鐵路相關部門聯動的智能液化氣鐵路罐車報警系統勢在必行。本文利用當前流行的無線通信技術可以實現智能遠程監控，從而提高報警系統的安全性和可靠性，減少人員成本。

1.遠程報警系統框圖

2.遠程報警系統的組成

2.1 氣敏傳感器

聲表面波速和頻率會隨外界環境的變化而發生漂移。氣敏傳感器就是利用這種性能在壓電晶體表面涂覆一層選擇性吸附液化石油氣的氣敏薄膜，當該氣敏薄膜與待測氣體相互作用，使得氣敏薄膜的膜層質量和導電率發生變化時，引起壓電晶體的聲表面波頻率發生漂移。氣體濃度不同，膜層質量和導電率變化程度亦不同，即引起聲表面波頻率的變化也不同。

目前，氣體傳感器的發展趨勢集中表現為：一是提高靈敏度和工作性能，降低功耗和成本，縮小尺寸，簡化電路。二是增強可靠性，實現元件和應用電路集成化，多功能化，適用生產現場的變送器和智能型傳感器。

M-N5型氣敏元件是以金屬氧化物SnO2為主體材料的N型半導體氣敏元件，當元件接觸還原性氣體時，其電導率隨氣體濃度的增加而迅速升高。其主要特點是：①可用于可燃性氣體的檢測（CH4、C4H10、H2等）；②靈敏度高；③響應速度快；④輸出信號大；⑥壽命長，工作穩定可靠。

2.2 單片機

采用單片機來對氣敏傳感器進行控制，不僅具有控制方便、簡單和靈活性大等優點，而且可以大幅度的提高被控對象的技術指標。我們可以選用性價比較高的AT89C51作為微控制器的核心，M-N5型氣敏傳感器為檢測元件組成液化石油氣濃度巡測系統。此系統把液化氣的濃度通過氣敏傳感器轉換成電壓信號并顯示出來，如果濃度超過規定值就開始報警。

2.3 GPRS通訊模塊

GPRS通訊模塊是具有GPRS數據傳輸功能的GSM模塊，集成GSM通信的主要功能于一塊電路板上，具有發送短消息、通話、數據傳輸等功能。GPRS模塊相當于手機的核心部分，如果增加鍵盤和屏幕就是一個完整的手機。普通電腦或者單片機可以通過RS232串口與GPRS模塊相連，通過AT指令控制GPRS模塊實現各種基于GSM的通信功能。

液化石油氣濃度檢測系統將電壓信號傳輸給GPRS通訊模塊后，GPRS通訊模塊將采集到的電壓信號發送給指定的用戶，實現報警目的。

2.4短信接收模塊

GSM短信接收模塊主要實現GSM網的短信接收，選用西門子公司的TC35i型GSM收發模塊。西門子公司的TC35i是一個支持中文短信息的GSM模塊，集成度高，工作在EGSM900MHZ和GSM1800MHZ（phase 2/2+）雙頻段，電壓范圍為3.3-3.5V，為單一電壓，可傳輸語音和數據信號，功耗在EGSM900MHZ（4類）和GSM1800MHZ（1類）分別為2W和1W。TC35i的數據輸入輸出接口是一個串行異步收發器，符合ITU-T RS232接口標準。它有固定的參數：8位數據位和一位停止位，無校驗位，波特率在300bps—115kbps之間可選，支持標準AT指令。

3.遠程報警系統的實現

3.1 聲光信號報警

當液化石油氣鐵路罐車人孔內的安全附件發生泄漏時，單片機將氣敏傳感器檢測到的液化氣濃度信號轉變成電壓信號，并通過安裝在罐體上的聲光裝置顯示出來，提醒押運員、鐵路司乘人員或沿途編組站的檢查人員，以便采取相應的處置措施。

3.2 短信報警

當聲光報警信號在一定的時間范圍內沒有采取處置措施時，GPRS通訊模塊將信號發送到罐車產權單位的調度中心，調度中心根據《企業自備車管理系統》中記載的車輛運行軌跡及車輛的其它相關信息，迅速將信息傳送給機車司乘人員、押運員或下一到達車站（編組站），以便采取相應的處置措施。

4.結束語

本裝置通過一段時間的試運行后，經過鐵路貨運部門的驗收，罐車產權單位可以先對只在烏局范圍內運行的車輛逐步取消隨車押運員，而改為在編組站或部分沿途車站設立專業的液化石油氣罐車檢查站，對過往的所有液化石油氣罐車進行專業的檢查或采取必要的應急處置措施，進而推廣到全路范圍，可以最大程度的消除事故隱患，具有極大的社會價值和良好的應用前景。

參考文獻：

[1]劉振廷.《傳感器原理及應用》.西安電子科技大學出版社