CN105223317B - 一种天然气移动监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种天然气移动监控系统，用户可以通过手机移动端对室内的天然气进行监控。系统中包括可燃气体探头，二氧化碳传感器，粉尘浓度传感器，温湿度传感器，接收控制模块，智能网关，服务器，移动终端。本发明充分利用了物联网的优势，通过在室内不同地方放置同类型的传感器若干以及在天然气管道附近放置多个可燃气体探头来对室内环境进行监控。采集的数据上传至服务器，移动端通过请求获取数据，对粉尘浓度和温湿度数据进行分析，并根据二氧化碳和天然气爆炸上下限的关系，动态调整移动端的报警阈值。用户收到报警之后可以通过移动端对环境中的阀门和风机进行控制。实现了天然气的智能监控。

Description

一种天然气移动监控系统

技术领域

本发明属于物联网监控领域技术，具体涉及一种天然气移动监控系统。

背景技术

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。顾名思义，物联网就是物物相连形成的互联网，它利用互联网等技术将传感器、控制器、人和物等通过一种新的方式联系在一起，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络。

天然气，是一种混合气态化石燃料，主要成分是烷烃，其中占绝大多数的是甲烷。它主要存在于油田、气田、煤层和页岩层。天然气的燃烧产生二氧化碳和水。相比于煤炭石油等能源具有使用安全、热值高、无污染等优势。天然气无色无味，且不具有毒性，但是作为燃料在房屋内等密集环境里聚集的情况下，达到一定比例时，就会触发威力巨大的爆炸。

为了提早发现，并及时预警天然气的爆炸，就必须要有一种适合天然气预警的监控系统，以达到防患于未然的效果。目前的天然气监控系统主要还是应用于天然气站等大型的天然气管道、钢瓶聚集地。申请号为201410421544.5的专利公开了一种液化天然气站的监控系统，该系统通过LNG主站获取各LNG子站的数据，实时监控并判断是否超限。与此同时，直接用于百姓日常生活的天然气监控系统也正在发展之中，但是种类都是着眼于可燃气体的单一报警和通过总控制室的统一监控。申请号为201410460109.3的专利为一种天然气漏气报警系统，将单一的报警装置整合到监控中心，这样监控中心可以及时了解各家的天然气安全状态。申请号为201420132328.4的实用新型公开了一种天然气监控系统，通过模块采集天然气数据，再反馈至报警模块，可以对天然气浓度实时监测。

综上所述，天然气监控系统一般只将结果反馈至固定的监控地点，很少有将天然气监控系统和移动端相结合，即使有，也只是针对天然气浓度这一项数值进行监控报警，且无法对风机和阀门进行及时的控制。这种情况忽略了室内其他气体对爆炸产生的直接或间接的影响且在发生事故时如果主人不在现场无法在第一时间做出及时的响应。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种天然气移动监控系统，用户可以利用手机上的应用对室内、厨房等地的天然气应用场所进行实时的监控。由于二氧化碳的浓度会导致天然气爆炸上下限的变化。因此，手机会根据实地采集的二氧化碳数据动态的调整爆炸预警的阈值。而室内粉尘浓度过高会导致静电的产生，引发爆炸。所以对室内粉尘浓度也需要实时监控，当粉尘浓度过高时，手机会通过推送的方式告诉用户，用户可以通过手机控制室内的风机进行通风，或者打开门窗，将爆炸的危险程度降至最低。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

所述天然气移动监控系统，包括有电源模块、可燃气体探头、二氧化碳传感器、温湿度传感器、粉尘浓度传感器、测控模块、智能网关、服务器和移动端。

其中，二氧化碳传感器、温湿度传感器、粉尘浓度传感器组成传感器组，该传感器组与可燃气体探头连接，测控模块与传感器组连接；测控模块与服务器连接，移动端通过智能网关与服务器交互。

所述电源模块用于提供电路中测控模块与可燃气体探头工作所需的直流电源。电源模块由开关电源转换芯片、线性调压器以及稳压滤波电路组成。

所述测控模块用于接收可燃气体探头处设置的传感器组数据，并将其上传至服务器数据库中；并从网关处通过RS-485接口接收其数字量输入，转换成开关量输出信号以控制继电器、开关。采用标准Modbus—RTU通讯协议，便于计算机编程。与此同时，该模块配有8路模拟量输入，能够通过有线与可燃气体探头连接。

所述智能网关用于接收和上传传感器组数据，并接收服务器传来的控制指令，下发至测控模块，进而控制测控模块内的继电器开关。

智能网关采用英特尔ATOM平台处理器，1G系统内存，与同类型ARM处理器平台网关相比具有很强的数据处理能力。采用fedora的Linux开源操作系统，并提供USB，Wi-Fi等接入方式。

所述移动端用于数据显示、报警，通过发出控制指令与测控模块进行通讯。

所述服务器用于存储数据和提供接口，并根据算法确定不同传感器对应的各自权重，将数据进行加权平均后获得比单传感器精度更高的数据估算。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.本发明可以通过加权融合算法或得精度更高的数值估算，并根据二氧化碳浓度与天然气爆炸上下限的函数关系动态的调整报警阈值，并对室内的爆炸危险程度进行智能分析。

2.本发明通过手机使天然气监控系统不拘泥于固定的监控室内，使监控中心移动化，能让用户随时随地的掌握室内情况，并加入了控制功能，减少了用户在外时对于突发情况的解决时间，尽早的消灭隐患。

附图说明

图1为监控系统框图。

图2为服务器与网关之间的数据传输。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，整个天然气移动监控系统大致可分为底层、中间件和上层应用三个大部分。底层包括硬件设备，测控模块和网关。中间件部分为服务器，上层应用为移动端。

底层部分的功能是能够实时针对用气环境内的相关参数进行监测并上传，监测过程具体如下：

在室内不同位置安装同类型的传感器4个于室内的不同位置(可燃气体探头除外)，同类型的传感器连接zigbee子节点并将数据传至总节点，总节点通过usb与网关相连，将数据传入网关。电源模块给测控模块和可燃气体探头供电，可燃 气体探头布置在天然气管道附近，通过有线与测控模块连接，测控模块将数据通过rs-485传递给网关。测控模块中15、16、17、18接口分别对应内置的两个继电器，接口分别连接风机和阀门。

服务器与网关之间的数据传输如图2所示，可分为上行和下行两种，上行时，网关将采集的所有数据传输给服务器，服务器将数据转换为JSON格式，并存于数据库内。下行时，服务器接收手机发来的控制指令，并传输将其传递至底层网关处，进而控制风机阀门。在系统使用之前服务器为手机提供数据请求接口和历史数据请求接口。

手机通过http请求的方式获取数据库内的数据，在手机内，首先根据采集的二氧化碳浓度计算此时的天然气爆炸上下限如公式(1)、公式(2)，其中公式(1)、公式(2)的得来是参考张应安,刘振翼,王峰,等人在论文《含CO₂液化气燃烧爆炸特性实验研究》中实验获得的天然气二氧化碳爆炸三角，其二者关系在图中可近似为直线，因此本发明将上下限关系带入直角坐标系中并求出函数关系式来达到自动修改报警阈值的功能。事先系统会对每个布置的探头进行标号，当系统中某个可燃气体探头探测到天然气浓度在提升并达到阈值下限时，手机会推送报警并显示探头对应的标号。此时用户需要做的就是点手机当中的开关来关闭阀门和打开风机进行通风并检查出现异常数据探头附近的管道或利用手机第一时间联系相关部门进行维修。

Y＝-0.54X+15(0≤X＜13.86) (1)

Y＝0.18X+5(0≤X＜13.86) (2)。

Claims (4)

1.一种天然气移动监控系统，用户利用手机上的应用对天然气应用场所进行实时的监控；由于二氧化碳的浓度会导致天然气爆炸上下限的变化；因此，手机会根据实地采集的二氧化碳数据动态的调整爆炸预警的阈值；而室内粉尘浓度过高会导致静电的产生，引发爆炸；所以对室内粉尘浓度也需要实时监控，当粉尘浓度过高时，手机会通过推送的方式告诉用户，用户通过手机控制室内的风机进行通风，或者打开门窗，将爆炸的危险程度降至最低；

其特征在于：天然气移动监控系统，包括有电源模块、可燃气体探头、二氧化碳传感器、温湿度传感器、粉尘浓度传感器、测控模块、智能网关、服务器和移动端；

其中，二氧化碳传感器、温湿度传感器、粉尘浓度传感器组成传感器组，该传感器组与可燃气体探头连接，测控模块与传感器组连接；测控模块与服务器连接，移动端通过智能网关与服务器交互；

所述电源模块用于提供电路中测控模块与可燃气体探头工作所需的直流电源；电源模块由开关电源转换芯片、线性调压器以及稳压滤波电路组成；

所述测控模块用于接收可燃气体探头处设置的传感器组数据，并将其上传至服务器数据库中；并从网关处通过RS-485接口接收其数字量输入，转换成开关量输出信号以控制继电器、开关；采用标准Modbus—RTU通讯协议，便于计算机编程；与此同时，该模块配有8路模拟量输入，能够通过有线与可燃气体探头连接；

整个天然气移动监控系统分为底层、中间件和上层应用三个大部分；底层包括硬件设备，测控模块和网关；中间件部分为服务器，上层应用为移动端；

底层部分的功能是能够实时针对用气环境内的相关参数进行监测并上传，监测过程具体如下：

在室内不同位置安装同类型的传感器4个于室内的不同位置，同类型的传感器连接zigbee子节点并将数据传至总节点，总节点通过usb与网关相连，将数据传入网关；电源模块给测控模块和可燃气体探头供电，可燃气体探头布置在天然气管道附近，通过有线与测控模块连接，测控模块将数据通过rs-485传递给网关；测控模块中15、16、17、18接口分别对应内置的两个继电器，接口分别连接风机和阀门；

服务器与网关之间的数据传输分为上行和下行两种，上行时，网关将采集的所有数据传输给服务器，服务器将数据转换为JSON格式，并存于数据库内；下行时，服务器接收手机发来的控制指令，并传输将其传递至底层网关处，进而控制风机阀门；在系统使用之前服务器为手机提供数据请求接口和历史数据请求接口；

手机通过http请求的方式获取数据库内的数据，在手机内，首先根据采集的二氧化碳浓度计算此时的天然气爆炸上下限如式(1)、式(2)，本方法将上下限关系带入直角坐标系中并求出函数关系式来达到自动修改报警阈值的功能；事先系统会对每个布置的探头进行标号，当系统中某个可燃气体探头探测到天然气浓度在提升并达到阈值下限时，手机会推送报警并显示探头对应的标号；此时用户需要做的就是点手机当中的开关来关闭阀门和打开风机进行通风并检查出现异常数据探头附近的管道或利用手机第一时间联系相关部门进行维修；

Y＝-0.54X+15(0≤X＜13.86) (1)

Y＝0.18X+5(0≤X＜13.86) (2)。

2.根据权利要求1所述的一种天然气移动监控系统，其特征在于：所述智能网关用于接收和上传传感器组数据，并接收服务器传来的控制指令，下发至测控模块，进而控制测控模块内的继电器开关。

3.根据权利要求1所述的一种天然气移动监控系统，其特征在于：所述移动端用于数据显示、报警，通过发出控制指令与测控模块进行通讯。

4.根据权利要求1所述的一种天然气移动监控系统，其特征在于：所述服务器用于存储数据和提供接口，并根据算法确定不同传感器对应的各自权重，将数据进行加权平均后获得比单传感器精度更高的数据估算。