向碧群，劉 亮

(重慶郵電大學移通學院計算機系，重慶401520)

0 引言

隨著工業(yè)化的發(fā)展，有毒有害氣體已經成為我們在生活中不得不面對的危險來源。對此，目前國內外是由專人攜帶便攜式毒害、可燃、易爆氣體檢測儀，對重點區(qū)域進行定期抽檢，發(fā)現問題后及時用沖水、通風、清淤等手段消除爆炸、泄漏隱患，但這種方法耗費人力、物力較大，并常常發(fā)生漏檢，不能及時發(fā)現、排除危險，無法根本解決毒害、可燃、易爆氣體安全預警問題。

近期國內已經開始嘗試應用一些新技術在容易產生毒害、可燃、易爆氣體地點安裝紅外毒害、可燃、易爆氣體傳感器，通過無線網絡將數據及時傳至城市監(jiān)測中心，并將預警信息及時通知相關人員，達到迅速準確消除安全隱患，減少人力投入，實現精確、敏捷、高效、全時段、全方位覆蓋的氣體安全管理。

該易爆氣體安全監(jiān)測預警系統(tǒng)就是針對我國污水處理廠、化糞池、垃圾處理場等容易產生毒害、可燃、易爆氣體的場所而專門研制。

1 系統(tǒng)工作原理

該系統(tǒng)中采用了紅外線氣體探測儀來測量甲烷濃度。工作時，氣體采集泵把被監(jiān)測環(huán)境中的氣體吸進檢測氣室，通過紅外吸收光譜計算出甲烷氣體濃度值。同時探測儀還能檢測環(huán)境溫度、采集井蓋防盜報警信號、自身防盜報警信號、污水溢出報警等信號。通過無線分組業(yè)務(general packet radio service，GPRS)模塊［1］，將檢測信息實時上傳至安全監(jiān)控系統(tǒng)，并與監(jiān)測中心實現信息交互。該系統(tǒng)的網絡結構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組網拓撲圖Fig.1 Network topology of system

實時監(jiān)控模塊［2］對采集到的數據進行分析，根據數據呈現的不同情況，在系統(tǒng)軟件前臺進行展示，同時對達到一定界限值的數據進行短信發(fā)送，提醒相關責任人員。

2 系統(tǒng)硬件設計

氣體采集采用的是紅外甲烷探測儀。該探測儀原理如圖2所示。

圖2 紅外甲烷探測儀電路原理框圖Fig.2 Circuit diagram of infrared detectors

紅外甲烷探測儀基本原理依據Lambert-Beer定律［3］，特定波長的紅外光穿過甲烷氣體時會被氣體吸收，氣體吸收紅外光的程度與透射光強度和被測氣體的濃度關系遵循(1)式所示

(1)式中:I出為透過被測氣體的光強度;I入為光源的光強度;K為吸收系數，為常數;C為被測氣體濃度;L為光路長度，其值由探頭氣室結構決定。

由(1)式可得

由于K是常數、在探頭氣室結構一定的情況下，L也可測試得出，從(2)式可看出，我們只要測出I出，I入即可算出氣體濃度 C。

紅外甲烷探測儀的探測頭采用單光路雙波長工作方式。工作時，被測環(huán)境中的氣體以擴散方式進入探測儀探頭氣室，探頭氣室中有特定波長的紅外光源，紅外線透過探頭氣室分別到達參考檢測單元和測量檢測單元，檢測單元輸出電信號，電信號經過放大、A/D轉換、數字補償、運算等過程，最后得出濃度值，根據需要可以將濃度值轉換成LED顯示、頻率顯示或數字信號，這些信號由RS-485接口上傳至遠程終端［4］，同時通過鍵盤及微控制單元(micro controller unit，MCU)可設置報警點、控制點，并可聲光報警，輸出控制電平等。該紅外甲烷探測儀的工作流程圖如圖3所示。

圖3 探測儀工作流程圖Fig.3 Work flow chart of detector

3 系統(tǒng)的軟件設計

系統(tǒng)軟件采用J2EE平臺的B/S多層架構［5］，通過IE瀏覽器進行系統(tǒng)訪問。數據層采用目前世界上最流行的大型關系數據庫管理系統(tǒng)來存儲管理數據，具有移植性好、使用方便、性能強大等特點。應用層采用專門為企業(yè)電子商務應用系統(tǒng)開發(fā)的weblogic server，它具有良好的靈活性和安全性，同時還支持關鍵任務所必需的擴展性和高可用性。軟件系統(tǒng)與監(jiān)測對象通過GPRS或Internet網絡進行數據遠距離交互，并且提供與其他系統(tǒng)的接口功能［6］，該系統(tǒng)的軟件物理結構圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)軟件物理結構圖Fig.4 Physical structure of system software

3.1 系統(tǒng)的軟件平臺

該系統(tǒng)采用了專門為企業(yè)電子商務應用系統(tǒng)開發(fā)的weblogic server。webLogic是美國bea公司出品的一個webserver，如同我們使用的IIS，Apache，確切的說是一個基于J2ee架構的中間介［6］，webserver是用來構建網站的必要軟件，具有用來解析發(fā)布網頁等功能，它是用純java開發(fā)的。該軟件支持Oracle Database 10g Release2 for Linux X86_64 RAC［7］。表1和表2是該系統(tǒng)中的2個比較典型的數據結構。

表1 終端采集數據表Tab.1 Terminal data collection table

表2 終端控制指令表Tab.2 Terminal control command table

3.2 系統(tǒng)的數據流程

3.2.1 數據存儲轉換

采集數據時通過監(jiān)控系統(tǒng)首先下達采集數據指令，再通過GPRS模塊上傳至服務器，通信模塊對接收的GPRS數據進行解包并存入數據庫，以供實時監(jiān)控模塊進行數據分析和前臺程序調用。數據存儲轉換圖如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)數據存儲圖Fig.5 Data storage of system diagram

3.2.2 數據處理轉換

實時監(jiān)控模塊對采集到的數據進行分析，根據數據呈現的不同情況，在系統(tǒng)軟件前臺進行展示，同時對達到一定界限值的數據進行短信發(fā)送，提醒相關責任人員［8］。系統(tǒng)的數據處理如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)數據處理圖Fig.6 Data processing system diagram

4 結束語

本系統(tǒng)中采用了自行研發(fā)的紅外甲烷探測儀，并與專門為企業(yè)電子商務應用系統(tǒng)開發(fā)的weblogic server軟件相結合。能夠在一定程度上解決特定環(huán)境中危險氣體的漏檢、誤檢問題。但對于數據報警的界限值、數據報警的方式等方面還可以進一步進行研究。

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