基于Zigbee天然氣泄露遠程監控系統的開發

程萍

摘 要：天然氣在使用過程中如果使用不當、安全措施不到位一旦造成天然氣泄漏是相當危險的，天然氣使用點比較集中而且每個用戶家里情況不易監控，一旦一個用戶天然氣泄露造成爆炸、火災會殃及到周圍居民，造成不可估量的人身安全傷害和經濟損失。于是在這種背景下，基于Zigbee模塊通過無線GPRS監控天然氣系統狀況的遠程智能監控系統應運而生。該系統實用性強、安全可靠，具有實際應用價值。

關鍵詞：遠程智能監控;Zigbee;天然氣泄漏;GPRS;傳感器

一、研究目標

在現代城市生活中天然氣成為不可或缺的生活必須品，天然氣獨特的優點受到人們的親睞，天然氣完全燃燒極少產生對人體呼吸系統健康的有害氣體，并且產生的二氧化碳也只有煤炭40%左右，二氧化硫產生量就更加少，燃燒后無廢渣、廢水產生，和煤炭、石油等能源比較起來更加安全、熱值高、潔凈等優勢。本系統采用近距離低功耗雙向無線通訊的Zigbee技術，通過現場一氧化碳傳感器采集到環境中天然氣濃度是否超標，并通過使用加權算法來判斷天然氣是否存在泄漏情況，從而減小了天然氣的漏報率和誤報率。當判定確實存在天然氣泄漏問題，將一氧化碳傳感器采集的數據信息，傳遞給Zigbee模塊，再由Zigbee模塊通過RTU遠程終端控制系統，RTU負責將現場信號信息傳送到服務器，服務器將天然氣泄漏信息傳遞給用戶，用戶接到提示信息及時采取措施。

二、研究內容

隨著經濟和科學技術的快速發展，人們對生活質量的提高和生活環境的改善越來越重視。天然氣作為一種清潔型能源進入家庭得到廣泛使用，為人們的生活帶來了方便，減少了城市的污染，提高了生活質量和效率，但是，天然氣也是潛在的“危險品”，天然氣在使用過程中，若管道和閥門密封不好，一旦泄漏出去極易爆炸，危及人們的生命財產安全。

本課題是基于ZigBee無線通訊技術的天然氣泄漏監測系統。本課題主要是通過現場傳感器采集一氧化碳氣體濃度，并將濃度信息通過ZigBee無線模塊與家庭中的數據終端RTU將數據通過GPRS傳送給數據庫服務器，并通過WEB服務器將實時數據發布出去，用戶可登陸WEB網頁查看當前數據狀態，也可查看歷史數據記錄。

同時該監測系統檢測到天然氣濃度大于安全報警閾值的時候可及時通過自動電話反饋給用戶，便于及時進行救援。同時給出聲光報警，并伴有語音提醒。

三、解決的關鍵問題

（1）燃氣濃度監測方法研究。

（2）各種監測信息、控制信息、報警信息、操作信息的存儲方法研究。

（3）監測數據在線實時顯示功能研究。

（4）報警信息及時通過自動電話反饋給用戶的方法研究。

（5）監測的歷史數據的查詢功能研究。

（6）現場自動控制天然氣總閥自動關閉。

四、技術路線

家庭天然氣遠程智能監控系統主要由一氧化碳濃度檢測傳感器、ZigBee模塊、數據無線轉發設備、數據庫服務器、WEB服務器構成。

該系統能夠準確無誤的反應環境一氧化碳濃度，傳感器的選擇是至關重要的一個環節，本系統在對各類一氧化碳傳感器性能參數做詳細的比較后，最終選擇具有優秀重組性和穩定性的低功耗、高精度、高靈敏度的電化學式傳感器ME2-CO作為現場一氧化碳濃度檢測設備。

其次，采用Zigbee無線傳輸技術，ZigBee的無線設備工作在868MHZ，915MHZ和2.4Z頻帶。其最大數據速率是250Kbps，ZigBee技術主要針對以電池為電源的應用，這些應用對低數據速率、低成本、更長時間的電池壽命有較高的需求。在一些ZigBee應用中，無線設備持續處于活動狀態的時間是有限的，大部分時間無線設備是處于省電模式（也稱休眠模式）的。因此，ZigBee設備在電池需要更換以前能夠工作數年以上。Zigbee無線傳輸技術是短距離高效的低功耗數據傳輸設備，在智能家居中廣泛應用。

天然氣泄漏監測報警系統主要以一氧化碳濃度檢測傳感器為檢測核心，通過一氧化碳濃度檢測傳感器檢測一氧化碳濃度，并將濃度信號轉換為模擬信號，該模擬信號通過ZigBee模塊通過無線方式轉發給數據無線轉發設備RTU，該系統的主要特點是通訊方式采用無線ZigBee協議進行，在用戶家里實施時相對于傳統監測系統來說，無需敷設線路，實施方便快捷，同時ZigBee模塊可實現自動組網，系統安全穩定可靠。

一氧化碳檢測傳感器將氣體信號轉化為模擬的電信號。當服務器接收到信號后對該信號進行處理，并對處理后的數據進行分析，看是否大于或等于某個預設值（報警限），當檢測氣體濃度超出設定報警閾值時給出聲光報警。同時服務器會通過語音模塊向戶主發送語音提醒以便讓戶主及時做出判斷處理。為使報警裝置更加完善，可以在聲音報警基礎上，加入閃光報警，變化的光信號可以引起用戶注意，彌補嘈雜環境中聲音報警的局限。以上是對天然氣泄露遠程監測系統提出的整體設計思路。

五、研究價值

該系統不僅使用適用于家庭，還適用于酒店廚房，商鋪等使用天然氣的小范圍場所的遠程監控及管理，主要針對家庭使用，為今后研究完善家庭安防系統奠定基礎，本課題研究基于ZigBee無線通訊技術的天然氣泄漏監測系統，與國內已有系統相比，存在布線方便，自動組網，數據準確，監控及時等優點。并且在系統開發研究過程中盡可能的通過技術手段降低成本，目的是為了做出物美價廉、安全可靠的天然氣實時監控系統。

參考文獻：

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作者簡介：程萍（1981-），女，河南人，本科，講師，研究方向：計算機。