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θ松砗拓敭a(chǎn)造成巨大傷害和損失，建立統(tǒng)一的監(jiān)測報警平臺能夠及早發(fā)現(xiàn)問題，盡早采取措施，減免危險和損失。論文分析現(xiàn)今已應(yīng)用的多數(shù)燃?xì)鈭缶到y(tǒng)的功能，針對薄弱環(huán)節(jié)，設(shè)計基于物聯(lián)網(wǎng)的燃?xì)饪梢暬O(jiān)測報警系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng) 可視化 燃?xì)獗O(jiān)測報警

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。早在上個世紀(jì)八十年代，日本就已經(jīng)開始實行了安裝城市煤氣、液化石油氣等可燃?xì)怏w報警器的法規(guī)。而同樣美國目前已有多個州的立法，規(guī)定了家庭式住宅需要安裝一氧化碳報警器。我國國內(nèi)現(xiàn)如今無論是家庭燃?xì)庑孤哆€是工業(yè)生產(chǎn)中可燃?xì)怏w的泄露都會對人的生活和生產(chǎn)造成巨大的財產(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產(chǎn)損失，各式各樣的可燃?xì)怏w探測元件、泄露和報警器件應(yīng)運(yùn)而生，并已進(jìn)入市場。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報警系統(tǒng)的報警方式都是以依靠探測器物理硬件自身的聲、光模塊而進(jìn)行的聲光報警為主，即“哪里泄露哪里響、哪里泄露哪里亮”。對于普通獨(dú)立個體的家庭式燃?xì)鈭缶到y(tǒng)市場上已經(jīng)有了智能化的報警設(shè)備和系統(tǒng)，這種智能報警系統(tǒng)主要是借助GSM移動通信組建的通信模塊進(jìn)行定位并發(fā)送相關(guān)報警消息至對應(yīng)手機(jī)或移動終端設(shè)備，以便戶主第一時間知曉家中燃?xì)庑孤┣闆r并及時采取應(yīng)對措施。而對于工業(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，除了增加傳感器元件的種類、數(shù)量、探測濃度和探測精度外，大多都是增加多路轉(zhuǎn)發(fā)器或聯(lián)動器以達(dá)到擴(kuò)大探測類型和探測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，探測器觸發(fā)聲光報警模塊或?qū)缶畔⒒貍髦两y(tǒng)一的中央設(shè)備，對應(yīng)位置的報警紅燈會亮起并伴隨聲音提示。

2 監(jiān)測報警系統(tǒng)平臺框架設(shè)計

無論是何種方式方法，對于獨(dú)立個體的單點(diǎn)家庭式和需要多點(diǎn)探測的工業(yè)類企業(yè)，現(xiàn)如今正在廣泛應(yīng)用的可燃?xì)怏w泄露報警系統(tǒng)大多是依靠硬件自身發(fā)光或發(fā)聲報警，這種方式的缺點(diǎn)：一是無法記錄并存儲每一次發(fā)生的報警信息，以備后期的管理和統(tǒng)計;二缺乏對可燃?xì)怏w泄露地點(diǎn)的直觀的、可視化的了解，需要通過查找比對平面設(shè)計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;三無法實現(xiàn)實時、動態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測各探測點(diǎn)的氣體濃度和變化情況，缺乏對現(xiàn)場的掌控和監(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)測和控制的可燃?xì)怏w監(jiān)測報警系統(tǒng)便可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)只依靠硬件報警的缺陷。

本論文基于對現(xiàn)如今獨(dú)立個體的單點(diǎn)家庭式和需要多點(diǎn)探測的工業(yè)類企業(yè)的可燃?xì)怏w報警系統(tǒng)大多無法進(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)管個體家庭，又可應(yīng)用于企業(yè)監(jiān).管生產(chǎn)場地的可視化的、直觀的實時監(jiān)控氣體濃度和遠(yuǎn)程管理的一對多式監(jiān)測報警系統(tǒng)平臺。

本平臺主要包含硬件和軟件兩部分：

硬件部分：

探測器：設(shè)計采用探測適應(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)計高精度探測的運(yùn)行機(jī)制;

轉(zhuǎn)發(fā)器：設(shè)計采用基于環(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)聽信道，可以起到避開干擾的作用。當(dāng)ZigBee網(wǎng)絡(luò)受到外界干擾，無法正常工作時，整個網(wǎng)絡(luò)可以動態(tài)的切換到另一個工作信道上，能夠保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定物聯(lián)。

軟件部分：

可視化監(jiān)測報警前端平臺主要包括的功能模塊為：

（l）探測器管理模塊（包括探測氣體濃度、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)動器管理模塊（包括端口管理、聯(lián)動關(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)砑庸芾怼?shù)設(shè)置管理等）;

（5）故障信息管理模塊（包括故障信息統(tǒng)計等）;

（6）報警信息管理與統(tǒng)計模塊（包括報警濃度管理、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）。

其中報警功能可實現(xiàn)：

（1）當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出報警聲音提示時，可以查看當(dāng)前報警位置與詳情總數(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），定位報警點(diǎn);

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

其中報故障功能可實現(xiàn)：

（1）當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出故障聲音提示時，可切換到報警界面，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）如為探測器傳感器故障，可暫時忽略進(jìn)行手動復(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警功能，可忽略）

此外還需要研究、設(shè)計和編寫各組件之間的通訊協(xié)議來完成軟、硬件間的無線互通互聯(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、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警方式，但是這種方式屬于“一次性”報警，要么無法實時監(jiān)測泄露氣體濃度，要么無法存儲和統(tǒng)計監(jiān)測和報警信息，更加無法通過顯示器給出直觀的位圖情況。而本文研究的可視化報警系統(tǒng)是升級傳統(tǒng)報警方式基礎(chǔ)上增加了數(shù)據(jù)存儲、濃度實時監(jiān)測顯示、區(qū)域監(jiān)視圖管理等功能的一個綜合性管理平臺。通過本平臺可以遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理被監(jiān)測場地的可燃?xì)怏w濃度，便于企業(yè)掌握現(xiàn)場實時狀況，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預(yù)報和發(fā)現(xiàn)，對減少財產(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，更是對和諧社會的一種不可或缺的安全保障方式。