單片機(jī)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的液化氣瓶智能稱重報警裝置

林為，胡昌吉，陳偉鎮(zhèn)，鄭亞

（佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東佛山，528137）

1 裝置整體設(shè)計

設(shè)計一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的液化氣瓶智能稱重報警裝置，主要用于瓶裝液化氣用戶，安全實(shí)用，使用簡單，具有自動稱重、參數(shù)設(shè)置、迅敏報警的功能。

整體設(shè)計如圖1所示，包括裝置本體①、內(nèi)置電源⑦、蜂鳴器⑥、LCD顯示屏③、電源開關(guān)④和操作面板⑤等。裝置本體①上表面設(shè)置有用于放置液化氣瓶的稱重臺②，稱重臺②下面設(shè)置有“稱重傳感器”和“燃?xì)鈧鞲衅鳌保▓D中未示出，參見圖2）；裝置本體1設(shè)置有單片機(jī)及相關(guān)電路（圖中未示出，參見圖2）。

圖1 基于單片機(jī)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的液化氣瓶智能稱重報警裝置整體設(shè)計

2 電控系統(tǒng)設(shè)計

電控系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，對稱重傳感器和燃?xì)鈧鞲衅鞯臄?shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、分析和判斷，通過顯示屏、蜂鳴器以及無線模塊輸出，完成系統(tǒng)的功能。

如圖2所示，內(nèi)置電源（防爆鋰電池）依次電性連接于電源開關(guān)和電源變換器（開關(guān)電源），電源變換器將內(nèi)置電池的電壓變換成各種電源，為單片機(jī)、稱重傳感器、燃?xì)鈧鞲衅鳌CD顯示屏、操作面板、無線模塊、蜂鳴器等供電。

圖2 電控系統(tǒng)方框圖

單片機(jī)采用高性價比的STM8S103F3P6，采用最小系統(tǒng)即可，如圖3所示。稱重傳感器采集的信號GS_SDA和燃?xì)鈧鞲衅鞑杉男盘朅S-SDA，通過I2C總線送到STM8S103F3P6單片機(jī)的A/D輸入端口，在單片機(jī)內(nèi)部處理后通過LCD顯示屏顯示液化氣瓶的重量，并且在單片機(jī)內(nèi)部分別與事先設(shè)定的液化氣重量閾值和燃?xì)鉂舛乳撝底鲗Ρ龋扇∠鄳?yīng)的提示或報警動作。

內(nèi)置電池的電壓（電量），根據(jù)電池的種類采用電阻分壓取樣到一個合理的范圍，然后送到STM8S103F3P6的ADC端口，通過單片機(jī)程序處理后顯示在LCD顯示屏上。以額定電壓為3.6V的鋰電池為例，電池電壓滿電為3.6V，電池低壓為2.5V。采用兩個200kΩ的電阻串聯(lián)對電池進(jìn)行分壓，分壓后的電壓接到單片機(jī)的ADC端口進(jìn)行檢測和提示，如圖3所示。

圖3 單片機(jī)STM8S103F3P6最小系統(tǒng)及電池檢測電路

集成控制器TPS61253構(gòu)成升壓電路，將內(nèi)置鋰電池的電源升至5V，再通過三端穩(wěn)壓器AMS1117轉(zhuǎn)換為3.3V電壓，供單片機(jī)以及傳感器使用，如圖4所示。5V電源還供給蜂鳴器使用。

圖4 電源變換器

接通電源開關(guān)，單片機(jī)開始工作，LCD顯示屏可清楚顯示液化氣瓶的實(shí)時重量、內(nèi)置電源的電量和參數(shù)設(shè)定值。通過操作面板進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，譬如液化氣瓶的余量下限，可依據(jù)液化氣瓶的充裝量設(shè)定為3%、5%或其他。參數(shù)設(shè)定好后，隨著使用時間的增加，液化氣瓶的重量減少，當(dāng)實(shí)時重量低于余量下限時，單片機(jī)會發(fā)送報警信號至蜂鳴器，蜂鳴器立即大聲鳴叫示意。另外，也可以進(jìn)行剩余電量參數(shù)設(shè)置，當(dāng)內(nèi)置電源的電量低于某設(shè)定值時，會及時報警通知用戶。當(dāng)燃?xì)夤舅蛠硪夯瘹馄?，可使用本裝置對其進(jìn)行稱重，確認(rèn)重量是否符合標(biāo)準(zhǔn)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件主流程圖如圖5所示。上電后系統(tǒng)初始化并進(jìn)行電池檢測和顯示，然后分別讀取稱重傳感值和燃?xì)鈧鞲兄?，并與事先設(shè)定的閾值作對比，一旦重量低于閾值或燃?xì)鉂舛雀哂陂撝担òl(fā)生漏氣），現(xiàn)場進(jìn)行聲光報警作，并通過無線傳輸?shù)皆贫恕?/p>

圖5 系統(tǒng)軟件流程圖

4 外形及安全裝置設(shè)計

如圖1所示，該液化氣瓶智能稱重報警裝置呈扁平狀，四方或圓形，在其中間位置放置液化氣瓶；稱重臺②的表面形狀為圓形。

為了避免因燃?xì)庑孤抖斐蓢?yán)重事故，設(shè)置燃?xì)鈧鞲衅鳌Ｈ細(xì)鈧鞲衅餮刂Q重臺②的外周均勻間隔設(shè)置，用于實(shí)時監(jiān)測本裝置上放置的液化氣瓶的泄露情況，也可以監(jiān)測液化氣瓶附近的液化氣灶的泄漏情況，一旦發(fā)現(xiàn)泄露，單片機(jī)會馬上發(fā)送報警信號，蜂鳴器⑥工作。

操作面板⑤設(shè)置有用于調(diào)整液化氣余量下限參數(shù)（閾值）的設(shè)置按鍵。

由于存在液化氣泄露、燃燒的隱患，為提高安全性，將內(nèi)置電源⑦設(shè)置為防爆鋰電池。裝置本體①設(shè)置有用于放置防爆鋰電池的電源室，防爆鋰電池可從電源室拆下進(jìn)行更換，非常簡單快速。裝置本體還設(shè)置有鋰電池的充電接口，只需停止使用該裝置，將充電器通過電源線連接到充電接口，便可對鋰電池進(jìn)行快速充電。

本裝置還設(shè)置有報警用的指示燈⑨，與單片機(jī)相連。當(dāng)處于報警狀態(tài)，該指示燈會發(fā)出紅光并閃爍。此外，本裝置還設(shè)置了工作狀態(tài)指示燈⑩，通過該工作指示燈可了解到本裝置是否處于正常工作狀態(tài)、是否存在斷路情況。

5 無線傳輸設(shè)計

為了解決用戶與灌裝站（燃?xì)夤荆┬畔贤▎栴}，本裝置采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)置無線模塊⑧。通過WIFI接收和發(fā)送信息，整體的覆蓋范圍和傳輸穩(wěn)定性方面有著很好的優(yōu)勢。用戶可通過操作面板進(jìn)行無線連接，并且通過手機(jī)應(yīng)用程序進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)置，以及接收本裝置通過無線模塊發(fā)送的信息，實(shí)時了解液化氣瓶的情況，且通過無線模塊及其應(yīng)用程序?qū)⒁夯瘹馄康闹亓啃畔l(fā)送至燃?xì)夤?，提醒及時送氣。

具體來說，無線傳輸系統(tǒng)包括部分如圖6所示。其中，設(shè)備是指基于單片機(jī)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的液化氣瓶智能稱重報警裝置（本裝置）；云端是作為液化氣瓶智能稱重報警裝置云端服務(wù)平臺；客戶端是指用戶使用系統(tǒng)，包括PC與APP。

圖6 無線傳輸系統(tǒng)

設(shè)備通過WIFI預(yù)置SSID（也可使用網(wǎng)線連接），通過DHCP或靜態(tài)IP配置，獲得IP地址，再通過預(yù)置服務(wù)器地址（支持IP與域名兩種形式）組播協(xié)議訪問配置服務(wù)器地址；服務(wù)器對設(shè)備鑒權(quán)，鑒權(quán)通過后，調(diào)用配置服務(wù)接口，設(shè)備接收服務(wù)器指令并執(zhí)行配置。

用戶打開APP，通過賬號密碼登錄，通過指定URL訪問服務(wù)器；然后通過APP查看設(shè)備信息，通過接口形式向指定設(shè)備發(fā)起請求，請求消息經(jīng)服務(wù)器處理后觸達(dá)設(shè)備；設(shè)備根據(jù)指令，將液化氣重量信息回傳至服務(wù)器，服務(wù)器將該消息已響應(yīng)形式給到APP。

設(shè)備與服務(wù)器通信，APP與服務(wù)器通信通過要保證進(jìn)行加密解密處理，即消息經(jīng)過加密形式發(fā)送，收到消息后必須先解密才能讀取。

6 結(jié)語

本文提出了一種基于單片機(jī)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的液化氣瓶智能稱重報警裝置，采用具有高防爆性能的內(nèi)置電源，不但可以對液化氣瓶進(jìn)行自動電子稱重，通過顯示屏顯示液化氣瓶的重量，而且還具有液化氣泄露報警、參數(shù)設(shè)置、余量低值報警、無線控制和無線發(fā)送信息的功能。液化氣瓶余量下限參數(shù)可利用操作面板靈活設(shè)定；用戶可通過手機(jī)APP對該裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程操作并且能夠接收到該裝置發(fā)送的信息，同時，可將信息實(shí)時發(fā)送至燃?xì)夤?，?lián)絡(luò)充氣服務(wù)。本裝置具有諸多實(shí)用功能，實(shí)現(xiàn)了智能、互聯(lián)、輕便、成本低、容易推廣的目的，專門用于瓶裝液化氣用戶群體。