CN109243148A - 室内燃气泄漏警报与疏散系统及其警报和泄漏点定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内燃气泄漏警报与疏散系统，包括燃气检测终端、信号处理单元、安全疏散单元、燃气疏散单元以及监控单元；燃气检测终端与信号处理单元通信连接，信号处理单元分别与安全疏散单元、燃气疏散单元和监控单元通信连接；一种基于室内燃气泄漏警报与疏散系统的警报和泄漏点定位方法，包括如下步骤：S1、采集燃气浓度信号；S2、得到浓度变化数据，传输给控制器；S3、建立室内二维坐标图，显示浓度变化数据；S4、存在异常节点时发出警报，发送警报信息；S5、打开通风扇以及消防喷水器；解决了现有技术存在的适用性差、实用性低、及时性低、安全性低以及维修的效率低、工作量大、威胁维修人员的人身安全的问题。

Description

室内燃气泄漏警报与疏散系统及其警报和泄漏点定位方法

技术领域

本发明属于燃气安全技术领域，具体涉及室内燃气泄漏警报与疏散系统及其警报和泄漏点定位方法。

背景技术

燃气，是气体燃料的总称，它能燃烧而放出热量，供城市居民和工业企业使用，燃气的种类很多，主要有天然气、人工燃气、液化石油气和沼气，近年来作为清洁、高效、便宜的能源，天然气消费获得快速发展，燃气在居民日常生活中的用途越来越广泛，除了传统的烹饪之外，还有取暖、洗浴等。因为各种原因，燃气使用过程中，常常有意外事故的发生，如燃气的泄漏致使户内燃气浓度过高，而发生爆炸等，这给人们的日常生活带来极大的危害或隐患。

目前已经有一些燃气泄漏警报装置，基本包括一个燃气检测装置(如探头)、一个控制器和至少一个警报终端，燃气检测装置的输出端连接控制器的输入端，控制器的输出端连接警报终端，警报终端可以是喇叭，或还包括指示灯，燃气检测装置安装在使用环境中，如厨房内，当检测到环境中燃气浓度超标，则控制警报终端发出警报。

综上所述，现有技术存在以下问题：

(1)现有的燃气泄漏警报装置，通常设置在固定位置，比如厨房，但是除了厨房外，由于燃气管道排布不合理或者年久失修导致埋于墙壁内的燃气管道破损发生燃气泄漏时，无法及时检测并发出警报，实用性低；

(2)现有的燃气泄漏警报装置，大多是基于当前系统设备之前的简单通信，无法向外界发出警报消息，消息的及时性低，容易导致无人在家而造成安全事故；

(3)现有的燃气泄漏警报装置只能检测燃气泄漏，并不能对泄漏点进行定位，导致维修的效率低，工作量大以及威胁维修人员的人身安全；

(4)当燃气浓度达到一定量时，家用电器产生的电火花容易引起爆炸或火灾的事故，所以发生燃气泄漏之后，需要关断电源，但是在夜晚没有电源无法进行安全的人员疏散，导致安全性低。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种适用性好、实用性高、及时性高以及安全性好的一种室内燃气泄漏警报与疏散系统及其警报和泄漏点定位方法，提高了安全性和维修效率，减轻了维修工作量，解决了现有技术存在的适用性差、实用性低、及时性低、安全性低以及维修的效率低、工作量大、威胁维修人员的人身安全的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种室内燃气泄漏警报与疏散系统，包括燃气检测终端、信号处理单元、燃气疏散单元、安全疏散单元以及监控单元；燃气检测终端与信号处理单元通信连接，信号处理单元分别与安全疏散单元、燃气疏散单元和监控单元通信连接。

进一步地，燃气检测终端包括均匀设置于室内的至少两个燃气检测器，每个燃气检测器包括依次通信连接的燃气检测传感器、A/D转换器、微处理器和第一通讯模块，以及与微处理器通讯连接的LED灯，LED灯为无火花防爆型LED灯，第一通讯模块与信号处理单元通信连接。

进一步地，信号处理单元包括第二通讯模块、信号处理模块、控制器以及蜂鸣器，控制器分别与第二通讯模块、信号处理模块以及蜂鸣器通信连接，信号处理模块与第一通讯模块通信连接，第二通讯模块分别与燃气疏散单元以及监控单元通讯连接，蜂鸣器设置于室外。

进一步地，燃气疏散单元包括设置于每个房间顶部的消防喷水器和通风扇，以及分别与消防喷水器和通风扇通信连接的第一继电器，消防喷水器与水管连接，通风扇与室外连接，第一继电器的控制端通过第二通讯模块与控制器通信连接。

进一步地，监控单元包括移动终端和显示屏，移动终端和显示屏均与第二通讯模块通信连接，显示屏设置于室外。

进一步地，安全疏散单元包括分别与第二通讯模块通信连接的应急灯和第二继电器，应急灯位于出口顶端，第二继电器位于电源总闸处。

进一步地，第一通讯模块和第二通讯模块均为无线通讯模块，信号处理模块包括并行处理器，控制器为C51单片机，燃气检测器还包括抗干扰电路，抗干扰电路位于燃气检测传感器和A/D转换器之间。

一种基于室内燃气泄漏警报与疏散系统的警报和泄漏点定位方法，室内燃气泄漏警报与疏散系统包括燃气检测终端、信号处理单元、燃气疏散单元、安全疏散单元以及监控单元，燃气检测终端包括至少两个燃气检测器，每个燃气检测器包括燃气检测传感器、A/D转换器、LED灯、微处理器和第一通讯模块，信号处理单元包括第二通讯模块、信号处理模块、控制器以及蜂鸣器，燃气疏散单元包括消防喷水器、通风扇以及第一继电器，疏散安全疏散单元包括第二继电器和应急灯，监控单元包括移动终端和显示屏，方法包括如下步骤：

S1：使用燃气检测传感器定时检测当前空气中的甲烷浓度，使用A/D转换器将浓度数据转换为数字信号，传输给微处理器进行采集，并通过第一通讯模块传输给信号处理模块；

S2：使用信号处理模块对所有燃气检测传感器采集的浓度数据进行处理，得到浓度变化数据，并定时传输给控制器；

S3：建立室内二维坐标图，使用控制器将浓度变化数据转化成图像信息并显示在显示屏上；

S4：判断是否存在异常的燃气检测传感器节点，即节点采集的单位时间内浓度变化值或者燃气浓度值超过阈值，若是则控制蜂鸣器发出警报，使用控制器将警报信息通过第二通讯模块发送至移动终端，实现警报和泄漏点定位，并进入步骤S5，否则继续执行步骤S4；

S5：使用控制器控制第二继电器断开电源总闸，并打开应急灯，实现人员安全疏散；

S6：根据单位时间内浓度变化值最大的节点坐标和室内二维坐标图，使用控制器控制第一继电器打开位于同一房间的附近坐标的通风扇以及消防喷水器，实现燃气的疏散。

进一步地，步骤S2包括如下步骤：

S2-1：使用信号处理模块定时接收来自所有燃气检测传感器的浓度数据，并对每个浓度数据进行编号；

S2-2：根据燃气检测传感器的数量建立对应数量的数据链，并进行编号；

S2-3：使浓度数据找到对应编号的数据链，并根据时间顺序存入数据链，得到跟随时间变化的浓度变化数据；

S2-4：将浓度变化数据定时传输给控制器。

进一步地，步骤S4包括如下步骤：

S4-1：提取每个燃气检测传感器节点的浓度变化数据，判断是否存在异常节点，即节点采集的单位时间内浓度变化值或者燃气浓度值超过阈值，若是则进入步骤S4-2，否则继续执行步骤S4-1；

单位时间内浓度变化值的计算公式为：

式中，Δp为单位时间内浓度变化值；p_i+1为当前传输周期内接收到的燃气浓度值；p_i为上一传输周期内接收到的燃气浓度值；t为预设单位时间；i为传输指示量；

S4-2：控制蜂鸣器发出警报，提取异常节点的坐标以及单位时间内浓度变化值；

S4-3：比较所有异常节点的单位时间内浓度变化值，将单位时间内浓度变化值最大的异常节点坐标、当前燃气浓度值以及图像信息模型保存在警报信息中；

S4-4：通过第二通讯模块将警报信息发送至移动终端，实现警报和泄漏点定位。

本方案的有益效果为：

(1)燃气检测器均匀设置在室内，便于采集室内各区域燃气浓度，适用于各种情况的燃气泄漏，提高了系统的实用性；

(2)实时检测空气中的燃气浓度，并将浓度信息转化为变化的图像信息并显示在显示屏上，提高了实时性，将警报信息通过无线通讯模块传输给移动终端，保证了及时性，避免了安全事故的发生，提高了安全性；

(3)提供了泄漏点的坐标，提高了维修的效率，减轻了工作量并保证了维修人员的人身安全；

(4)根据室内二维坐标图提取浓度变化最大对应的节点的坐标，提高了找寻泄漏点的精确度；

(5)蜂鸣器发出警报，显示屏显示燃气浓度变化的图像信息以及泄漏点位置，方便了用户发现燃气泄漏和维修人员进行维修时查看泄漏点；

(6)采用无火花防爆LED灯，以及使用第二继电器断开总电源，防止家用电器产生电火花导致发生爆炸或火灾等事故，提高了安全性，并且应急灯为断电时提供了光源，便于安全疏散；

(7)控制消防喷水器喷水，加快空气流通，同时减低温度，防止火星产生，通风扇进行通风，进行燃气的疏散，提高了安全性，避免发生安全事故。

附图说明

图1为室内燃气泄漏警报与疏散系统结构框图；

图2为A/D转换器电路图；

图3为抗干扰电路图；

图4为基于室内燃气泄漏警报与疏散系统的警报和泄漏点定位方法流程图；

图5为得到浓度变化数据的方法流程图；

图6为室内二维坐标图；

图7为实现警报和泄漏点定位的方法流程图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

一种室内燃气泄漏警报与疏散系统，如图1所示，包括燃气检测终端、信号处理单元、燃气疏散单元、安全疏散单元以及监控单元；燃气检测终端与信号处理单元通信连接，信号处理单元分别与安全疏散单元、燃气疏散单元和监控单元通信连接；

燃气检测终端实时采集空气中燃气浓度，信号处理单元对采集到的信息进行处理，安全疏散单元便于人员进行安全的疏散，燃气疏散单元在燃气浓度值超过阈值时进行燃气疏散，降低空气中燃气浓度，防止中毒或发生爆炸的安全事故，监控单元显示燃气泄漏点以及当前燃气浓度，便于维修人员维修，并发出警报，提醒用户燃气泄漏，防止由于用户不知晓导致安全事故的发生；

燃气检测终端包括均匀设置于室内的至少两个燃气检测器，每个燃气检测器包括依次通信连接的燃气检测传感器、A/D转换器、微处理器和第一通讯模块，以及与微处理器通讯连接的LED灯，LED灯为无火花防爆型LED灯，型号为ST45ML-Ex，第一通讯模块与信号处理单元通信连接；第一通讯模块为无线通讯模块，型号为HLK-7688A的WIFI模块，微处理器主控芯片为低功耗的OMAP-L1x DSP处理器，A/D转换器的型号为AD5307ARUZ；A/D转换器的电路图如图2所示；

无火花防爆型LED灯用于提醒维修人员实际泄漏点的位置，并且防止由于电火花导致的爆炸或火灾事故，A/D转换器将燃气检测传感器采集到的模拟信号转化为数字信号，传入微处理器进行处理，得到燃气浓度数据，并通过第一通讯模块的发射装置传输给位于信号处理单元的接收装置，实现燃气浓度的实时采集；

信号处理单元包括第二通讯模块、主控芯片为并行处理器的信号处理模块、主控芯片为C51单片机的控制器以及蜂鸣器，控制器分别与第二通讯模块、信号处理模块以及蜂鸣器通信连接，信号处理模块与第一通讯模块通信连接，第二通讯模块分别与燃气疏散单元以及监控单元通讯连接，蜂鸣器设置于室外；第二通讯模块为无线通讯模块，型号为HLK-7688A的WIFI模块，控制器型号为AT89S51，并行处理的主控芯片为Radeon RX Vega的GPU；

蜂鸣器设置于室外，防止电火花引发爆炸或火灾的事故，提高了安全性，信号处理模块的并行处理器对所有实时采集的燃气浓度数据进行并行处理，提高了系统处理数据的效率，并提高了对大量数据处理的适用性，得到浓度变化数据(该技术属于现有技术，在此不予赘述)，并传输到控制器中进行处理，并通过第二通讯模块的发射装置传输给位于监控单元的接收装置，当燃气浓度数据超过阈值时，控制器控制蜂鸣器发出警报，燃气疏散单元开始工作，并将提取到的泄漏点和燃气浓度传输给移动终端；

燃气疏散单元包括设置于每个房间顶部的消防喷水器和通风扇，以及分别与消防喷水器和通风扇通信连接的第一继电器，消防喷水器与水管连接，通风扇与室外连接，第一继电器的控制端通过第二通讯模块与控制器通信连接；第一继电器为常开继电器，型号为Y32F-SS-112HM；

当控制器控制第一继电器的刀闸端闭合，第一继电器导通，控制对应的消防喷水器和通风扇开始工作，降低空气中的燃气浓度，实现燃气疏散；

监控单元包括移动终端和显示屏，移动终端和显示屏均与第二通讯模块通信连接，显示屏设置于室外；

移动终端便于用户及时接收警报信息，避免安全事故发生，显示屏接收并显示控制器处理得到变化的图像信息，便于找寻泄漏点和观察当前浓度数据，显示屏设置于室外，防止电火花引发爆炸或火灾的事故，提高了安全性；

安全疏散单元包括分别与第二通讯模块通信连接的应急灯和第二继电器，应急灯位于出口顶端，且为应急灯为防爆型应急灯，第二继电器位于电源总闸处，为常闭继电器，型号为Y32F-SS-112D；

第二继电器控制总电源断电，防止电火花引发爆炸或火灾的事故，提高了安全性，应急灯为人员提供了安全可靠的光源，便于紧急疏散；

燃气检测器还包括抗干扰电路，抗干扰电路位于燃气检测传感器和A/D转换器之间减小噪音干扰，提高信号采集的准确度，抗干扰电路的电路图如图3所示。

一种基于室内燃气泄漏警报与疏散系统的警报和泄漏点定位方法，室内燃气泄漏警报与疏散系统包括燃气检测终端、信号处理单元、燃气疏散单元、安全疏散单元以及监控单元，燃气检测终端包括至少两个燃气检测器，每个燃气检测器包括燃气检测传感器、A/D转换器、LED灯、微处理器和第一通讯模块，信号处理单元包括第二通讯模块、信号处理模块、控制器以及蜂鸣器，燃气疏散单元包括消防喷水器、通风扇以及第一继电器，疏散安全疏散单元包括第二继电器和应急灯，监控单元包括移动终端和显示屏，如图4所示，方法包括如下步骤：

S1：使用燃气检测传感器定时检测当前空气中的甲烷浓度，使用A/D转换器将浓度数据转换为数字信号，传输给微处理器进行采集，并通过第一通讯模块传输给信号处理模块；

S2：使用信号处理模块对所有燃气检测传感器采集的浓度数据进行处理，得到浓度变化数据，并定时传输给控制器，如图5所示，包括如下步骤：

S2-1：使用信号处理模块定时接收来自所有燃气检测传感器的浓度数据，并对每个浓度数据进行编号；

S2-2：根据燃气检测传感器的数量建立对应数量的数据链，并进行编号，实现了信号处理模块与控制器的数据连接，提高了数据传输速率和处理速度；

S2-3：使浓度数据找到对应编号的数据链，并根据时间顺序存入数据链，得到跟随时间变化的浓度变化数据，规范了浓度数据传输，并且提高了数据的及时性；

S2-4：将浓度变化数据定时传输给控制器，将所有燃气检测传感器在同一周期的浓度数据进行传输，可以通过打包传输、串口传输或者并口传输；

S3：建立如图6所示的室内二维坐标图，使用控制器将浓度变化数据转化成图像信息并显示在显示屏上；

S4：判断是否存在异常的燃气检测传感器节点，即节点采集的单位时间内浓度变化值或者燃气浓度值超过阈值，若是则控制蜂鸣器发出警报，使用控制器将警报信息通过第二通讯模块发送至移动终端，实现警报和泄漏点定位，并进入步骤S5，否则继续执行步骤S4，如图7所示，包括如下步骤：

S4-1：提取每个燃气检测传感器节点的浓度变化数据，判断是否存在异常节点，即节点采集的单位时间内浓度变化值或者燃气浓度值超过阈值，若是则进入步骤S4-2，否则继续执行步骤S4-1；

单位时间内浓度变化值的计算公式为：

式中，Δp为单位时间内浓度变化值；p_i+1为当前传输周期内接收到的燃气浓度值；p_i为上一传输周期内接收到的燃气浓度值；t为预设单位时间；i为传输指示量；

S4-2：控制蜂鸣器发出警报，提取异常节点的坐标以及单位时间内浓度变化值；

S4-3：比较所有异常节点的单位时间内浓度变化值，将单位时间内浓度变化值最大的异常节点坐标、当前燃气浓度值以及图像信息模型保存在警报信息中；

S4-4：通过第二通讯模块将警报信息发送至移动终端，实现警报和泄漏点定位；

S5：使用控制器控制第二继电器断开电源总闸，并打开应急灯，实现人员安全疏散；

S6：根据单位时间内浓度变化值最大的节点坐标和室内二维坐标图，使用控制器控制第一继电器打开位于同一房间的附近坐标的通风扇以及消防喷水器，实现燃气的疏散。

本发明提供的一种适用性好、实用性高、及时性高以及安全性好的一种室内燃气泄漏警报与疏散系统及其警报和泄漏点定位方法，提高了安全性和维修效率，减轻了维修工作量，解决了现有技术存在的适用性差、实用性低、及时性低、安全性低以及维修的效率低、工作量大、威胁维修人员的人身安全的问题。

Claims (10)

1.一种室内燃气泄漏警报与疏散系统，其特征在于，包括燃气检测终端、信号处理单元、燃气疏散单元、安全疏散单元以及监控单元；所述燃气检测终端与信号处理单元通信连接，所述信号处理单元分别与安全疏散单元、燃气疏散单元和监控单元通信连接。

2.根据权利要求1所述室内燃气泄漏警报与疏散系统，其特征在于，所述燃气检测终端包括均匀设置于室内的至少两个燃气检测器，每个所述燃气检测器包括依次通信连接的燃气检测传感器、A/D转换器、微处理器和第一通讯模块，以及与微处理器通讯连接的LED灯，所述LED灯为无火花防爆型LED灯，所述第一通讯模块与信号处理单元通信连接。

3.根据权利要求2所述室内燃气泄漏警报与疏散系统，其特征在于，所述信号处理单元包括第二通讯模块、信号处理模块、控制器以及蜂鸣器，所述控制器分别与第二通讯模块、信号处理模块以及蜂鸣器通信连接，所述信号处理模块与第一通讯模块通信连接，所述第二通讯模块分别与燃气疏散单元以及监控单元通讯连接，所述蜂鸣器设置于室外。

4.根据权利要求3所述室内燃气泄漏警报与疏散系统，其特征在于，所述燃气疏散单元包括设置于每个房间顶部的消防喷水器和通风扇，以及分别与消防喷水器和通风扇通信连接的第一继电器，所述消防喷水器与水管连接，所述通风扇与室外连接，所述第一继电器的控制端通过第二通讯模块与控制器通信连接。

5.根据权利要求4所述室内燃气泄漏警报与疏散系统，其特征在于，所述监控单元包括移动终端和显示屏，所述移动终端和显示屏均与第二通讯模块通信连接，所述显示屏设置于室外。

6.根据权利要求5所述室内燃气泄漏警报与疏散系统，其特征在于，所述安全疏散单元包括分别与第二通讯模块通信连接的应急灯和第二继电器，所述应急灯位于出口顶端，所述第二继电器位于电源总闸处。

7.根据权利要求6所述室内燃气泄漏警报与疏散系统，其特征在于，所述第一通讯模块和第二通讯模块均为无线通讯模块，所述信号处理模块包括并行处理器，所述控制器为C51单片机，所述燃气检测器还包括抗干扰电路，所述抗干扰电路位于燃气检测传感器和A/D转换器之间。

8.一种基于权利要求1-7任一所述室内燃气泄漏警报与疏散系统的警报和泄漏点定位方法，所述室内燃气泄漏警报与疏散系统包括燃气检测终端、信号处理单元、燃气疏散单元、安全疏散单元以及监控单元，所述燃气检测终端包括至少两个燃气检测器，每个所述燃气检测器包括燃气检测传感器、A/D转换器、LED灯、微处理器和第一通讯模块，所述信号处理单元包括第二通讯模块、信号处理模块、控制器以及蜂鸣器，所述燃气疏散单元包括消防喷水器、通风扇以及第一继电器，疏散安全疏散单元包括第二继电器和应急灯，所述监控单元包括移动终端和显示屏，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1：使用燃气检测传感器定时检测当前空气中的甲烷浓度，使用A/D转换器将浓度数据转换为数字信号，传输给微处理器进行采集，并通过第一通讯模块传输给信号处理模块；

S2：使用信号处理模块对所有燃气检测传感器采集的浓度数据进行处理，得到浓度变化数据，并定时传输给控制器；

S3：建立室内二维坐标图，使用控制器将浓度变化数据转化成图像信息并显示在显示屏上；

S4：判断是否存在异常的燃气检测传感器节点，即节点采集的单位时间内浓度变化值或者燃气浓度值超过阈值，若是则控制蜂鸣器发出警报，使用控制器将警报信息通过第二通讯模块发送至移动终端，实现警报和泄漏点定位，并进入步骤S5，否则继续执行步骤S4；

S5：使用控制器控制第二继电器断开电源总闸，并打开应急灯，实现人员安全疏散；

S6：根据单位时间内浓度变化值最大的节点坐标和室内二维坐标图，使用控制器控制第一继电器打开位于同一房间的附近坐标的通风扇以及消防喷水器，实现燃气的疏散。

9.根据权利要求8所述的警报和泄漏点定位方法，其特征在于，所述步骤S2包括如下步骤：

S2-1：使用信号处理模块定时接收来自所有燃气检测传感器的浓度数据，并对每个浓度数据进行编号；

S2-2：根据燃气检测传感器的数量建立对应数量的数据链，并进行编号；

S2-3：使浓度数据找到对应编号的数据链，并根据时间顺序存入数据链，得到跟随时间变化的浓度变化数据；

S2-4：将浓度变化数据定时传输给控制器。

10.根据权利要求8所述的警报和泄漏点定位方法，其特征在于，所述步骤S4包括如下步骤：

S4-1：提取每个燃气检测传感器节点的浓度变化数据，判断是否存在异常节点，即节点采集的单位时间内浓度变化值或者燃气浓度值超过阈值，若是则进入步骤S4-2，否则继续执行步骤S4-1；

单位时间内浓度变化值的计算公式为：

式中，Δp为单位时间内浓度变化值；p_i+1为当前传输周期内接收到的燃气浓度值；p_i为上一传输周期内接收到的燃气浓度值；t为预设单位时间；i为传输指示量；

S4-2：控制蜂鸣器发出警报，提取异常节点的坐标以及单位时间内浓度变化值；

S4-3：比较所有异常节点的单位时间内浓度变化值，将单位时间内浓度变化值最大的异常节点坐标、当前燃气浓度值以及图像信息模型保存在警报信息中；

S4-4：通过第二通讯模块将警报信息发送至移动终端，实现警报和泄漏点定位。