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)濟損失約為57億元。其中最著名的當屬2013年的大連港石油廠爆炸事件，而其原因是因為石油泄漏，壓力表會發(fā)生驟變，若能提前察覺，則可能會預防此事故的發(fā)生，而當時是因為使用人工巡檢抄表，而人工巡檢又具有周期性和精度不保證性，最終導致悲劇的發(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，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——一覽無“溢”。

關鍵詞：LoRa傳輸;機械表巡檢

1.研究背景

安全生產(chǎn)關系著人民群眾的生命財產(chǎn)安全，關系改革發(fā)展和社會穩(wěn)定大局，我國國務院高度重視，提出建設泛在物聯(lián)網(wǎng)和推動了關于安全生產(chǎn)的各項政策任務落實，維護生產(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械或數(shù)字儀表進行檢測和調(diào)整去避免的，但是由于機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)以千計的機械儀表，若全部使用人工巡檢抄表或使用機器人巡檢抄表，則有以下幾個缺點：①精度不能保證，出現(xiàn)誤差不可逆。②具有周期性，無法做的對每個機械表進行實時有效的監(jiān)測。③成本較高，每人每天工資約為150元，巡檢機器人一臺價格為3000-5000元。若使用固定相機抄表，雖可實現(xiàn)24小時全天候抄表，但也有以下幾個缺點：①成本高，一臺高清固定相機的價格為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，也會導致財產(chǎn)和人員的傷亡。綜上所述人工抄表不僅費時費力成本高，而且精度不可保證，導致最終可能會出現(xiàn)不可逆的經(jīng)濟損失甚至是人員傷亡，勞民傷財，不利于國家的發(fā)展和社會大局的穩(wěn)定。根據(jù)以上問題和實際情況我們設計了一款基于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——一覽無“溢”。

2.設計與系統(tǒng)介紹

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

根據(jù)實際的使用要求，以及參照《機械設計手冊》、《通信原理》、《無線通信技術》等工具書，計算和設計出了整體的通信結構、系統(tǒng)構架以及部署結構等，以致達到最佳的使用效果、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”視覺表計是基于LoRa通信方式的機械表讀數(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距離廣局域的通信，而遠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大4-5倍。LoRa通信方式主要有以下幾個優(yōu)點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，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，可以連接萬計個節(jié)點。④安全性強，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)絡繳費，降低了資金支出。綜上優(yōu)點，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單片機編程，經(jīng)過程序算法，系統(tǒng)將800款表針類型轉化為系統(tǒng)可識別程序，通過視覺捕捉技術可快速準確識別機械表針，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，使得其功能強大，應用范圍廣等。經(jīng)過單片機的算法和信息提取，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，在光照低于設置閾值時，通過我們獨有的燈光算法配合STM32傳輸PWM信號，改變光照強度，最大亮度可達到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，可適用于市面上的絕大部分機械表，并且不用對原有表計進行內(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)濟收入，而且本產(chǎn)品能做到24小時全天候的機械表計檢測，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)，減少了因表計問題而造成的人員傷亡和經(jīng)濟損失等問題，有利于國家社會大局的穩(wěn)定和國民經(jīng)濟收入的增加。

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)以千計甚至萬計的機械儀表，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)濟效益。一覽無“溢”可以實現(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)品也符合當今物聯(lián)網(wǎng)自動化的時代潮流，使其更適應當今社會，更能推動國家和社會的發(fā)展。

3.結語

我國是世界上公認的化工企業(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，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械表計巡檢而造成的人員傷亡和經(jīng)濟損失。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行技術指導，以求使我們的產(chǎn)品更加完善，我們也會關注市場，調(diào)整方案，吸引客戶。我們根據(jù)實際使用情況，不斷完善和更新我們的產(chǎn)品。

參考文獻

[1]樂建波.化工儀表及其自動化，化學工業(yè)出版社，2020.

[2]李學華，吳韶波，楊瑋，南利平.通信原理簡明教程，國防工業(yè)出版社，2020.