李冠岐 馬寧 張思昊 李洋

摘要：我國是化工企業(yè)大國，而化工廠爆炸事故在我國也時有發(fā)生，造成人員傷亡約為15000人造成的經(jīng)濟(jì)損失約為57億元。其中最著名的當(dāng)屬2013年的大連港石油廠爆炸事件，而其原因是因?yàn)槭托孤瑝毫Ρ頃l(fā)生驟變，若能提前察覺，則可能會預(yù)防此事故的發(fā)生，而當(dāng)時是因?yàn)槭褂萌斯ぱ矙z抄表，而人工巡檢又具有周期性和精度不保證性，最終導(dǎo)致悲劇的發(fā)生。在化工廠規(guī)模越來越大的同時，24小時自動抄表將是一個不可忽視的市場。因此，開發(fā)一款能進(jìn)行24小時全天候高精度的自動抄表系統(tǒng)則變得非常有必要。針對這一痛點(diǎn)，我們發(fā)明了這款基于LoRa通信傳輸集微型、廣泛、精確可靠、功耗低、省時省力為一體的智能視覺表計(jì)——一覽無“溢”。

關(guān)鍵詞：LoRa傳輸;機(jī)械表巡檢

1.研究背景

安全生產(chǎn)關(guān)系著人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，關(guān)系改革發(fā)展和社會穩(wěn)定大局，我國國務(wù)院高度重視，提出建設(shè)泛在物聯(lián)網(wǎng)和推動了關(guān)于安全生產(chǎn)的各項(xiàng)政策任務(wù)落實(shí)，維護(hù)生產(chǎn)安全，利國利民。我國自2001年至今，因工廠泄露事故事件造成的造成人員傷亡約為15000人，造成的經(jīng)濟(jì)損失約為57億元，在這些事故中，有近37%的事故是可以通過機(jī)械或數(shù)字儀表進(jìn)行檢測和調(diào)整去避免的，但是由于機(jī)械檢表效率低下以及具有周期性等原因，使得問題前期沒有被發(fā)現(xiàn)并采取有力措施，導(dǎo)致最終釀成慘案，造成不可逆的后果。

截止到2021年，我國化工廠多達(dá)45000愈家，其中大型化工廠有千余個，每個化工廠都會使用數(shù)以千計(jì)的機(jī)械儀表，若全部使用人工巡檢抄表或使用機(jī)器人巡檢抄表，則有以下幾個缺點(diǎn)：①精度不能保證，出現(xiàn)誤差不可逆。②具有周期性，無法做的對每個機(jī)械表進(jìn)行實(shí)時有效的監(jiān)測。③成本較高，每人每天工資約為150元，巡檢機(jī)器人一臺價格為3000-5000元。若使用固定相機(jī)抄表，雖可實(shí)現(xiàn)24小時全天候抄表，但也有以下幾個缺點(diǎn)：①成本高，一臺高清固定相機(jī)的價格為800-1400元，有較高的資金投入。②雖精度較高，但出現(xiàn)誤差不可逆，也會導(dǎo)致財(cái)產(chǎn)和人員的傷亡。綜上所述人工抄表不僅費(fèi)時費(fèi)力成本高，而且精度不可保證，導(dǎo)致最終可能會出現(xiàn)不可逆的經(jīng)濟(jì)損失甚至是人員傷亡，勞民傷財(cái)，不利于國家的發(fā)展和社會大局的穩(wěn)定。根據(jù)以上問題和實(shí)際情況我們設(shè)計(jì)了一款基于LoRa傳輸方式集微型、廣泛、精確可靠、功耗低為一體的智能視覺表計(jì)——一覽無“溢”。

2.設(shè)計(jì)與系統(tǒng)介紹

我們設(shè)計(jì)的這款視覺表計(jì)，充分的考慮了實(shí)用性和可行性。我們以LoRa無線通信模塊、高清攝像頭作為此設(shè)備的主體，聚合物鋰電池以及環(huán)形Led燈為輔助結(jié)構(gòu)安裝在主體上，使之成為了一套完整的視覺表計(jì)。

根據(jù)實(shí)際的使用要求，以及參照《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》、《通信原理》、《無線通信技術(shù)》等工具書，計(jì)算和設(shè)計(jì)出了整體的通信結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)構(gòu)架以及部署結(jié)構(gòu)等，以致達(dá)到最佳的使用效果、最高的檢測精度以及最低的使用成本和最高的電池續(xù)航等。

一覽無“溢”視覺表計(jì)是基于LoRa通信方式的機(jī)械表讀數(shù)檢測系統(tǒng)。LoRa通信方式，是一種功耗特別低的局域網(wǎng)無線通信。我們悉知功耗低一般很難做到遠(yuǎn)距離廣局域的通信，而遠(yuǎn)距離的通信一般都是功耗較高。而LoRa（Long Range Radio）這一通信方式，從名字我們就可以得知，其最大優(yōu)勢就是在功耗低的情況下，傳輸距離比傳統(tǒng)的射頻無線通信距離擴(kuò)大4-5倍。LoRa通信方式主要有以下幾個優(yōu)點(diǎn)①功耗低，每天功耗約為4微瓦，電池理論壽命約為10年。②傳輸距離遠(yuǎn)，城鎮(zhèn)傳輸距離約為3-8Km.而在郊區(qū)的傳輸距離可到15Km。③容量高，一個網(wǎng)關(guān)，可以連接萬計(jì)個節(jié)點(diǎn)。④安全性強(qiáng)，采用AES128加密方式，保障了其安全性。⑤成本低，LoRa可形成自己的局域網(wǎng)，無需在向其他通信網(wǎng)絡(luò)繳費(fèi)，降低了資金支出。綜上優(yōu)點(diǎn)，本產(chǎn)品采用LoRa通信方式作為其傳輸通信。

高清攝像頭，采用STM32單片機(jī)編程，經(jīng)過程序算法，系統(tǒng)將800款表針類型轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)可識別程序，通過視覺捕捉技術(shù)可快速準(zhǔn)確識別機(jī)械表針，可以同時識別多種表針、多種表盤以及同一表盤上的多個指針，使得其功能強(qiáng)大，應(yīng)用范圍廣等。經(jīng)過單片機(jī)的算法和信息提取，使得攝像頭可以智能采集表針和刻度區(qū)域，減少無用的圖像信息量，有利于提高工作效率等。環(huán)形LED燈圈，采用反射式AutoExpose測光原理，在光照低于設(shè)置閾值時，通過我們獨(dú)有的燈光算法配合STM32傳輸PWM信號，改變光照強(qiáng)度，最大亮度可達(dá)到4流明使得在黑暗環(huán)境中也能正常工作。

一覽無“溢”視覺表計(jì)，可適用于市面上的絕大部分機(jī)械表，并且不用對原有表計(jì)進(jìn)行內(nèi)部改造，降低安裝成本。一個大型化工廠可只需要一個視覺表計(jì)總控室，并只需2-3人即可代替原先的多人巡檢抄表工作，降低了工資支出，增加了經(jīng)濟(jì)收入，而且本產(chǎn)品能做到24小時全天候的機(jī)械表計(jì)檢測，并保證誤差在0.2%-0.5%，精度高，安全性有保障，提高了化工廠等企業(yè)的安全系數(shù)，減少了因表計(jì)問題而造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失等問題，有利于國家社會大局的穩(wěn)定和國民經(jīng)濟(jì)收入的增加。

市場前景和效益分析

產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的自動化以逐步完善，智能化程度也越來越高，自動化抄表也將符合時代潮流。無論是工廠還是政府部門都可采用本場品去進(jìn)行自動化的抄表巡檢。而不管是工廠還是政府部門都有數(shù)以千計(jì)甚至萬計(jì)的機(jī)械儀表，所以本產(chǎn)品具有極廣闊的市場前景，也可帶來極高的經(jīng)濟(jì)效益。一覽無“溢”可以實(shí)現(xiàn)24小時全天候巡檢抄表，提高抄表的精確度，防止因抄表失誤或抄表不及時帶來的不可逆的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。因本產(chǎn)品體積小巧、操作簡單、不受天氣、環(huán)境等外界因素影響，所以可以提高抄表巡檢的工作效率，減少抄表工的工資支出，增加工廠或政府部門的資金收入，提高工廠的安全系數(shù)。本產(chǎn)品也符合當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)自動化的時代潮流，使其更適應(yīng)當(dāng)今社會，更能推動國家和社會的發(fā)展。

3.結(jié)語

我國是世界上公認(rèn)的化工企業(yè)大國，化工廠數(shù)量居世界首位，使用一款可以24小時全天候自動巡檢的智能視覺表計(jì)，可以降低人工成本，提高抄表的精確度，減少甚至避免因抄表不及時或疏忽機(jī)械表計(jì)巡檢而造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。提高國民收入，穩(wěn)定社會大局。隨著科技的發(fā)展，本產(chǎn)品也會出現(xiàn)一些競爭對手，我們也將爭取政府部門支持以及從事專門行業(yè)的高水平人員對我們進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)，以求使我們的產(chǎn)品更加完善，我們也會關(guān)注市場，調(diào)整方案，吸引客戶。我們根據(jù)實(shí)際使用情況，不斷完善和更新我們的產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)

[1]樂建波.化工儀表及其自動化，化學(xué)工業(yè)出版社，2020.

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