姜世超

摘要 燃?xì)庖殉蔀榧彝?、工業(yè)生產(chǎn)必備的燃料資源，燃?xì)庖坏┬孤秾?duì)人身和財(cái)產(chǎn)造成巨大傷害和損失，建立統(tǒng)一的監(jiān)測(cè)報(bào)警平臺(tái)能夠及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，盡早采取措施，減免危險(xiǎn)和損失。論文分析現(xiàn)今已應(yīng)用的多數(shù)燃?xì)鈭?bào)警系統(tǒng)的功能，針對(duì)薄弱環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)基于物聯(lián)網(wǎng)的燃?xì)饪梢暬O(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng) 可視化 燃?xì)獗O(jiān)測(cè)報(bào)警

1 研究背景概述

現(xiàn)如今燃?xì)庖呀?jīng)成為家庭、餐飲行業(yè)烹飪過(guò)程中必備的燃料資源，管道式燃?xì)庖不靖采w90%以上的住宅;而依靠可燃?xì)怏w為生產(chǎn)原料的企業(yè)數(shù)量也非常龐大。每年因各種原因?qū)е碌募彝ト細(xì)庑孤┍?、企業(yè)可燃?xì)怏w或有毒氣體泄漏事故頻發(fā)，造成的傷亡損失也是非常慘重的。早在上個(gè)世紀(jì)八十年代，日本就已經(jīng)開(kāi)始實(shí)行了安裝城市煤氣、液化石油氣等可燃?xì)怏w報(bào)警器的法規(guī)。而同樣美國(guó)目前已有多個(gè)州的立法，規(guī)定了家庭式住宅需要安裝一氧化碳報(bào)警器。我國(guó)國(guó)內(nèi)現(xiàn)如今無(wú)論是家庭燃?xì)庑孤哆€是工業(yè)生產(chǎn)中可燃?xì)怏w的泄露都會(huì)對(duì)人的生活和生產(chǎn)造成巨大的財(cái)產(chǎn)甚至是人身傷害。

為了減少或者避免因可燃?xì)怏w或有毒氣體泄漏造成的這種不可逆的人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失，各式各樣的可燃?xì)怏w探測(cè)元件、泄露和報(bào)警器件應(yīng)運(yùn)而生，并已進(jìn)入市場(chǎng)。而現(xiàn)今已經(jīng)被家庭和企業(yè)廣泛應(yīng)用的可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)的報(bào)警方式都是以依靠探測(cè)器物理硬件自身的聲、光模塊而進(jìn)行的聲光報(bào)警為主，即“哪里泄露哪里響、哪里泄露哪里亮”。對(duì)于普通獨(dú)立個(gè)體的家庭式燃?xì)鈭?bào)警系統(tǒng)市場(chǎng)上已經(jīng)有了智能化的報(bào)警設(shè)備和系統(tǒng)，這種智能報(bào)警系統(tǒng)主要是借助GSM移動(dòng)通信組建的通信模塊進(jìn)行定位并發(fā)送相關(guān)報(bào)警消息至對(duì)應(yīng)手機(jī)或移動(dòng)終端設(shè)備，以便戶主第一時(shí)間知曉家中燃?xì)庑孤┣闆r并及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。而對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)類型的企業(yè)，尤其是生產(chǎn)材料中涉及多種不同可燃?xì)怏w甚至是有害、有毒氣體時(shí)，除了增加傳感器元件的種類、數(shù)量、探測(cè)濃度和探測(cè)精度外，大多都是增加多路轉(zhuǎn)發(fā)器或聯(lián)動(dòng)器以達(dá)到擴(kuò)大探測(cè)類型和探測(cè)范圍的廣度和深度的目的和效果，當(dāng)有泄露發(fā)生或可燃?xì)怏w濃度達(dá)到警戒值時(shí)，探測(cè)器觸發(fā)聲光報(bào)警模塊或?qū)?bào)警信息回傳至統(tǒng)一的中央設(shè)備，對(duì)應(yīng)位置的報(bào)警紅燈會(huì)亮起并伴隨聲音提示。

2 監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)平臺(tái)框架設(shè)計(jì)

無(wú)論是何種方式方法，對(duì)于獨(dú)立個(gè)體的單點(diǎn)家庭式和需要多點(diǎn)探測(cè)的工業(yè)類企業(yè)，現(xiàn)如今正在廣泛應(yīng)用的可燃?xì)怏w泄露報(bào)警系統(tǒng)大多是依靠硬件自身發(fā)光或發(fā)聲報(bào)警，這種方式的缺點(diǎn)：一是無(wú)法記錄并存儲(chǔ)每一次發(fā)生的報(bào)警信息，以備后期的管理和統(tǒng)計(jì);二缺乏對(duì)可燃?xì)怏w泄露地點(diǎn)的直觀的、可視化的了解，需要通過(guò)查找比對(duì)平面設(shè)計(jì)圖紙才能了解泄露點(diǎn)周圍情況，不利于快速疏導(dǎo)和撤離;三無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)各探測(cè)點(diǎn)的氣體濃度和變化情況，缺乏對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的掌控和監(jiān)管能力。

綜上，一種可視化基于物聯(lián)網(wǎng)的可遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制的可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)便可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)只依靠硬件報(bào)警的缺陷。

本論文基于對(duì)現(xiàn)如今獨(dú)立個(gè)體的單點(diǎn)家庭式和需要多點(diǎn)探測(cè)的工業(yè)類企業(yè)的可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)大多無(wú)法進(jìn)行可視化遠(yuǎn)程管理的缺點(diǎn)，研究一款基于物聯(lián)網(wǎng)的既可應(yīng)用于小區(qū)物業(yè)監(jiān)管個(gè)體家庭，又可應(yīng)用于企業(yè)監(jiān).管生產(chǎn)場(chǎng)地的可視化的、直觀的實(shí)時(shí)監(jiān)控氣體濃度和遠(yuǎn)程管理的一對(duì)多式監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)平臺(tái)。

本平臺(tái)主要包含硬件和軟件兩部分：

硬件部分：

探測(cè)器：設(shè)計(jì)采用探測(cè)適應(yīng)生活、生產(chǎn)環(huán)境的可燃?xì)怏w泄露的氣敏元件，根據(jù)氣體危害性、毒性和可燃性使用不同的催化燃燒式、半導(dǎo)體式和電化學(xué)式傳感器，并設(shè)計(jì)高精度探測(cè)的運(yùn)行機(jī)制;

轉(zhuǎn)發(fā)器：設(shè)計(jì)采用基于環(huán)境差異的、考慮在轉(zhuǎn)發(fā)器部分要使用一種低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù);ZigBee技術(shù)的物理層采用了擴(kuò)頻技術(shù)，能夠在一定程度上抵抗干擾，MAC應(yīng)用層（APS部分）有應(yīng)答重傳功能。MAC層的CSMA機(jī)制使節(jié)點(diǎn)發(fā)送前先監(jiān)聽(tīng)信道，可以起到避開(kāi)干擾的作用。當(dāng)ZigBee網(wǎng)絡(luò)受到外界干擾，無(wú)法正常工作時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以動(dòng)態(tài)的切換到另一個(gè)工作信道上，能夠保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定物聯(lián)。

軟件部分：

可視化監(jiān)測(cè)報(bào)警前端平臺(tái)主要包括的功能模塊為：

（l）探測(cè)器管理模塊（包括探測(cè)氣體濃度、數(shù)值變化等）;

（2）轉(zhuǎn)發(fā)器管理模塊（包括位置管理、狀態(tài)管理等）;

（3）聯(lián)動(dòng)器管理模塊（包括端口管理、聯(lián)動(dòng)關(guān)系管理等）;

（4）區(qū)域監(jiān)視圖管理模塊（包括區(qū)域圖紙?zhí)砑庸芾?、參?shù)設(shè)置管理等）;

（5）故障信息管理模塊（包括故障信息統(tǒng)計(jì)等）;

（6）報(bào)警信息管理與統(tǒng)計(jì)模塊（包括報(bào)警濃度管理、控制管理等）;

（7）數(shù)據(jù)管理模塊（包括數(shù)據(jù)備份功能等）。

其中報(bào)警功能可實(shí)現(xiàn)：

（1）當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警聲音提示時(shí)，可以查看當(dāng)前報(bào)警位置與詳情總數(shù)、故障位置與詳情總數(shù)等;

（2）可以查看主視圖（或立體全景圖），定位報(bào)警點(diǎn);

（3）可以查看當(dāng)前報(bào)警點(diǎn)濃度變化，若為誤報(bào)或干擾氣體可遠(yuǎn)程復(fù)位。如有泄漏，及時(shí)通知煤氣公司或相關(guān)人員。

其中報(bào)故障功能可實(shí)現(xiàn)：

（1）當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出故障聲音提示時(shí)，可切換到報(bào)警界面，查看當(dāng)前故障位置與詳情總數(shù)

（2）可以查看最新故障信息、查看系統(tǒng)是否新發(fā)生故障;

（3）如為探測(cè)器傳感器故障，可暫時(shí)忽略進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位和還原。（因環(huán)境變化可引起傳感器零點(diǎn)值漂移，短暫漂移引起的故障不影響其報(bào)警功能，可忽略）

此外還需要研究、設(shè)計(jì)和編寫各組件之間的通訊協(xié)議來(lái)完成軟、硬件間的無(wú)線互通互聯(lián)及數(shù)據(jù)的傳輸和反饋控制，從而達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程管理和物聯(lián)功能。

3 總結(jié)

傳統(tǒng)的可燃?xì)怏w泄露報(bào)警模式是現(xiàn)今小區(qū)家庭、工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的且行之有效的一種報(bào)警方式，但是這種方式屬于“一次性”報(bào)警，要么無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)泄露氣體濃度，要么無(wú)法存儲(chǔ)和統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)和報(bào)警信息，更加無(wú)法通過(guò)顯示器給出直觀的位圖情況。而本文研究的可視化報(bào)警系統(tǒng)是升級(jí)傳統(tǒng)報(bào)警方式基礎(chǔ)上增加了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示、區(qū)域監(jiān)視圖管理等功能的一個(gè)綜合性管理平臺(tái)。通過(guò)本平臺(tái)可以遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理被監(jiān)測(cè)場(chǎng)地的可燃?xì)怏w濃度，便于企業(yè)掌握現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)狀況，防患于未然，確保因可燃?xì)怏w泄露或濃度超標(biāo)而造成的事故被及時(shí)預(yù)報(bào)和發(fā)現(xiàn)，對(duì)減少財(cái)產(chǎn)損失甚至是人身傷亡起到至關(guān)重要的作用，是保證人民生產(chǎn)、生活的一道智能化保護(hù)傘，更是對(duì)和諧社會(huì)的一種不可或缺的安全保障方式。