閆成志

（牡丹江市環(huán)衛(wèi)清潔二公司，黑龍江　牡丹江，157000）

基于GPRS的化糞池可燃氣體監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

閆成志

（牡丹江市環(huán)衛(wèi)清潔二公司，黑龍江牡丹江，157000）

文章描述了采用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計的一種化糞池可燃氣體監(jiān)測系統(tǒng)，運用模塊化思想將整個系統(tǒng)設(shè)計分為3個子系統(tǒng)：可燃氣檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和監(jiān)控中心系統(tǒng)。通過固定式紅外線可燃氣體傳感器的選用，數(shù)據(jù)校驗機制和UDP協(xié)議的設(shè)置，監(jiān)控中心軟件的設(shè)計，使得系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集速度快、雙向高效傳輸、智能化監(jiān)控。經(jīng)過測試表明，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、操作簡單，具有良好的應(yīng)用前景。

GPRS；可燃氣體；模塊化；智能

化糞池是一種合理利用沉淀和厭氧發(fā)酵的原理，能夠除去生活污水中懸浮性有機物的最初級的污水處理設(shè)施。但是由于其相對封閉的特殊環(huán)境，污水中的雜質(zhì)在微生物分解的作用下產(chǎn)生大量可燃氣體。若其濃度達到一定值后，遇明火容易產(chǎn)生爆炸事故，對人民的生命財產(chǎn)安全造成極大危害。近些年來，在我國由于化糞池內(nèi)可燃氣體聚集導(dǎo)致其濃度過高引發(fā)的爆炸事故頻頻發(fā)生，相關(guān)部門對城市中化糞池可燃氣體監(jiān)測系統(tǒng)的研究已經(jīng)迫在眉睫。為了能夠掌握環(huán)境污染的安全性指數(shù)，傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測常見的有單臺儀器的間斷方法、人工取樣的實驗室分析法。

使用傳統(tǒng)的監(jiān)測方法需要研究人員投入大量的人力、物力、財力到現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集工作中，對突發(fā)式的環(huán)境污染超標(biāo)無法進行實時在線監(jiān)控，存在眾多不足之處［1］。本文設(shè)計了一種利用紅外線傳感器技術(shù)和通用分組無線服務(wù)技術(shù)（General Packet Radio Service，GPRS）無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕S池可燃氣體監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一種最小人工干預(yù)的安全預(yù)警的實時在線連續(xù)監(jiān)測的自動化系統(tǒng)，更加準(zhǔn)確有效地預(yù)防城市中化糞池可燃氣體蓄積引發(fā)的爆炸事故，對市政環(huán)衛(wèi)人員的正常工作具有重大意義。

1　系統(tǒng)設(shè)計方案

為了達到城市中化糞池可燃氣體濃度監(jiān)測的目的，滿足系統(tǒng)實時性和網(wǎng)絡(luò)化的要求，本文采用模塊化思想將系統(tǒng)設(shè)計為3個子系統(tǒng)：可燃氣檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、監(jiān)控中心系統(tǒng)，如圖1所示。其中可燃氣檢測系統(tǒng)包括氣體傳感器、數(shù)據(jù)采集電路，用于現(xiàn)場可燃氣濃度采集；數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是基于中國移動的GPRS網(wǎng)絡(luò)，用于數(shù)據(jù)傳輸；監(jiān)控中心系統(tǒng)是基于開發(fā)平臺（Visual Computer，VC）的上位機軟件，包含工作參數(shù)設(shè)置、可燃氣濃度實時監(jiān)控顯示、濃度超標(biāo)報警處理和歷史數(shù)據(jù)查詢模塊，主要用于接收現(xiàn)場數(shù)據(jù)，對化糞池可燃氣濃度實時狀況做出判斷，并同時向可燃氣檢測系統(tǒng)發(fā)送各種控制指令。

該系統(tǒng)首先通過高靈敏度、性能穩(wěn)定的紅外可燃氣傳感器獲取化糞池中可燃沼氣濃度值，然后將現(xiàn)場的監(jiān)測數(shù)據(jù)傳遞給GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，再經(jīng)過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給遠程監(jiān)控中心，最后監(jiān)控中心系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫和監(jiān)控軟件的完成對監(jiān)測區(qū)域可燃氣體的實時監(jiān)控和險情警報。

圖1　監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2　可燃氣檢測系統(tǒng)

可燃氣體檢測系統(tǒng)是整個監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，包含置于化糞池內(nèi)的氣體傳感器、GPRS數(shù)據(jù)收發(fā)設(shè)備和電源等，主要負責(zé)實時地檢測監(jiān)測區(qū)域內(nèi)可燃氣體的濃度值，并將數(shù)據(jù)傳遞給現(xiàn)場GPRS終端。該子系統(tǒng)能夠在監(jiān)測區(qū)域現(xiàn)場無人看守的情況下，保證24小時無間斷工作，將采集的數(shù)據(jù)通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)自動發(fā)送給監(jiān)控中心。

該可燃氣檢測系統(tǒng)采用固定式紅外線可燃氣體傳感器，以單片機為控制核心［2］，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。首先傳感器將化糞池內(nèi)可燃氣體的濃度值轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過放大電路將微弱的電信號放大輸出給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將可燃氣體濃度值的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量最后傳遞給單片機控制中心。單片機結(jié)合外圍顯示、報警及通訊電路完成濃度值實時顯示、濃度超標(biāo)報警、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。該系統(tǒng)具有測量精度高、可靠性強、性能穩(wěn)定、體積小等特點。

圖2　固定式紅外線可燃氣體傳感器結(jié)構(gòu)

3　數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)基于GPRS無線網(wǎng)絡(luò)和TCP/IP的數(shù)據(jù)分組協(xié)議設(shè)計，如圖3所示，具有實時在線、數(shù)據(jù)傳輸效率高、傳輸距離不受限制、按流量收費的低成本、設(shè)備維修簡單等優(yōu)點，使得現(xiàn)場氣體檢測系統(tǒng)和監(jiān)控中心之間高效地進行數(shù)據(jù)通信。GPRS數(shù)據(jù)收發(fā)設(shè)備類似GPRS手機通訊集成電路模塊，是連接體檢測系統(tǒng)和監(jiān)控中心的橋梁。將單片機采集的氣體濃度數(shù)據(jù)通過串行接口發(fā)送給裝有中國移動客戶識別模塊（Subscriber Identity Module，SIM）卡的GPRS模塊，然后監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)過GPRS網(wǎng)絡(luò)自動傳輸至監(jiān)控中心，同時監(jiān)控中心也可以隨時向現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備發(fā)送控制命令。

4　監(jiān)控中心系統(tǒng)

監(jiān)控中心系統(tǒng)是整個可燃氣體監(jiān)測系統(tǒng)的控制核心，主要對現(xiàn)場傳輸過來的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析處理［3］。監(jiān)控中心系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計思想和多線程的編程技術(shù)，模塊化設(shè)計有利于系統(tǒng)功能的添加，有效地進行系統(tǒng)維護。多線程采用多任務(wù)、并發(fā)的工作方式，最大限度地提高軟件的運行性能。根據(jù)系統(tǒng)的功能需求，該監(jiān)控中心系統(tǒng)軟件設(shè)計由主線程、通訊子線程和數(shù)據(jù)存儲子線程組成，其系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖3　數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖4　監(jiān)控中心系統(tǒng)軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)

監(jiān)測中心系統(tǒng)中通訊子線程主要完成從GPRS網(wǎng)絡(luò)中獲取現(xiàn)場傳輸過來的監(jiān)測數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)存儲子線程將讀取的數(shù)據(jù)包進行解析校驗，若校驗正確方可用于軟件界面線程實時濃度數(shù)據(jù)顯示和濃度超標(biāo)報警處理，同時將正確監(jiān)測數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫用于今后用戶對歷史數(shù)據(jù)查詢，并發(fā)送反饋包。軟件界面主線程包含通訊狀態(tài)控制、工作參數(shù)設(shè)置、實時數(shù)據(jù)顯示、濃度報警處理、歷史數(shù)據(jù)查詢。系統(tǒng)用戶管理多個功能模塊，其中通訊狀態(tài)控制模塊設(shè)置監(jiān)測中心系統(tǒng)通訊開啟或關(guān)閉，工作參數(shù)設(shè)置模塊設(shè)置報警濃度預(yù)警值，實時數(shù)據(jù)顯示模塊對采集的可燃氣體濃度值實時顯示，濃度報警處理模塊對可燃氣體濃度超標(biāo)進行聲光報警響應(yīng)，歷史數(shù)據(jù)查詢模塊用戶可以對過去時間段不同監(jiān)測區(qū)域的可燃氣體濃度值進行查詢，系統(tǒng)用戶管理模塊通過用戶登錄界面對用戶的使用權(quán)限進行設(shè)置。

5　結(jié)語

該化糞池可燃氣體監(jiān)測系統(tǒng)將GPRS無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用其中，使得系統(tǒng)更加智能化、自動化，能夠更為高效、準(zhǔn)確、實時地對可燃氣體濃度進行遠程監(jiān)控。系統(tǒng)能夠通過現(xiàn)場氣體傳感器對可燃氣體進行實時監(jiān)測、自動傳輸，隨時查詢監(jiān)測區(qū)域的測量數(shù)據(jù)。其智能化體現(xiàn)在監(jiān)控中心能夠?qū)扇細怏w濃度超標(biāo)作出報警指示，有效地預(yù)防化糞池可燃氣體爆炸事故的發(fā)生。

［1］王紅旗.基于物聯(lián)網(wǎng)的城市下水道及化糞池可燃氣體監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的初步設(shè)計［J］.電子世界，2011（11）：10-11.

［2］余黎煌.家用煤氣管道氣體泄漏報警器的設(shè)計探討［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（34）：47-48.

［3］朱紅梅.基于ZigBee技術(shù)的瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)研究與實現(xiàn)［D］.阜興：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2012.

Design of the septic tank combustible gas detector system based on GPRS

Yan Chengzhi
（Mudanjiang 2ndth Sanitation Cleaning Company， Mudanjiang 157000， China）

This paper describes the design of a septic tank combustible gas detector system based on GPRS wireless network technology. The whole system design is divided into three subsystems by using modular idea， namely gas detection system， data transmission system and monitoring center system.The selection of fixed type infrared combustible gas sensor， the setting of data verification mechanism and UDP protocol and the design of monitoring center software contributes to high speed system monitoring data acquisition， two-way efficient transmission and intelligent monitoring.The test shows that the system will have good application prospects with the stable performance and simple operation.

GPRS； combustible gas； modularization； intelligence

閆成志（1980— ），男，山東魚臺，研究方向：清掏旱廁。