CN203288046U

CN203288046U - 基于无线通信和gsm移动通信的家用燃气泄露监控系统

Info

Publication number: CN203288046U
Application number: CN2013203467172U
Authority: CN
Inventors: 赵延明; 文家厚; 曾琼斌; 黄垚
Original assignee: Hunan University of Science and Technology
Current assignee: Hunan University of Science and Technology
Priority date: 2013-06-17
Filing date: 2013-06-17
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2023-06-17

Abstract

本实用新型公开了一种基于无线通信和GSM移动通信的家用燃气泄露监控系统，包括本地监测模块和远程集中监控模块，本地监测模块包括数据采集模块、GSM模块、显示模块、第一报警模块、控制模块、第一无线收发模块和第一单片机，第一单片机分别与数据采集模块、GSM模块、显示模块、第一报警模块、控制模块和第一无线收发模块相连；远程集中监控模块包括第二单片机、第二无线收发模块、第二报警模块和上位机，第二无线收发模块、第二报警模块与第二单片机相连，第二单片机与上位机相连。本实用新型通过GSM模块、报警模块、无线收发模块和上位机，能确保燃气泄漏在最短时间内被发现并被处理，减少了能源浪费，达到了保障生命财产安全的目的。

Description

基于无线通信和GSM移动通信的家用燃气泄露监控系统

技术领域

本实用新型涉及一种燃气泄漏监控系统，特别涉及一种基于无线通信和GSM移动通信的家用燃气泄露监控系统。

背景技术

2007年全国“两会”上提出:虽然我国当前各地已采取了一些方法和措施利用燃气能源，但我国每年燃气能源的开发和利用规模却仍然普遍偏小，很大一部分燃气被空排或空烧。一些代表委员们就此指出，当务之急是在开发新型资源的同时减少浪费。中国工程院“发展燃气机充分利用我国燃气能源的研究”项目报告表明，目前，我国每年采煤排放的煤层气在130亿立方米以上，每年可利用总量达80亿立方米，折合标煤近1000万吨；每年空排的焦炉煤气近200亿立方米，约折合标煤1100万吨；每年还有总量20%以上的冶炼尾气被直接空排或空烧，约折合标煤880万吨；此外，还有数量巨大的沼气也被白白排空。加大我国燃气能源利用力度，既可缓解能源紧张、创造经济效益，又有利于改善环境和安全生产，将产生巨大的经济和社会效益。据测算，如果将尚未利用的部分燃气资源合理采集利用，每年发电量可达到1200亿千瓦/时以上，约占我国2006年全国发电总量的5%左右。

目前市场上常见的燃气报警系统方式有固定电话拨号、以太网、集群系统等，有不少研究应用到了基于GSM短信平台的安防报警系统，无线ZigBee传感器网络报警系统。这些研究在一定程度上解决了有线网络所面临的问题，但也存在不少缺陷，不能实现小区化监控管理报警和向户主个人手机发送短信报警的双保险机制，如：（1）固定电话拨号通信方式局限于有线，线路容易老化或遭腐蚀、鼠咬、磨损，故障发生率较高，误报警率高，在关键时候失灵；（2）以太网同样面临线路产生问题的隐患，并且不易普及；（3）集群系统功耗很大，网络架设和维护费用很高，而且需要购买固定的频点。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单、成本低、监控预警能力强的基于无线通信和GSM移动通信的家用燃气泄露监控系统。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种基于无线通信和GSM移动通信的家用燃气泄露监控系统，包括本地监测模块和远程集中监控模块，所述本地监测模块包括数据采集模块、GSM模块、显示模块、第一报警模块、控制模块、第一无线收发模块和第一单片机，数据采集模块与第一单片机连接，将采集到的温度、烟雾浓度、燃气浓度信号输送到第一单片机中，所述第一单片机分别与GSM模块、显示模块、第一报警模块、控制模块和第一无线收发模块相连，所述远程集中监控模块包括第二单片机、第二无线收发模块、第二报警模块和上位机，第二无线收发模块与第二单片机相连，将从第一无线收发模块接收到的信号送入第二单片机，第二报警模块与第二单片机相连，第二单片机与上位机相连。

所述数据采集模块包括温度传感器、烟雾传感器和燃气传感器。

所述第一报警模块和第二报警模块采用蜂鸣器。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型实现了可燃气体的检测、浓度显示、远程报警、无线数据传输、远程集中监控等功能。若存在燃气泄露，本系统能第一时间通过GSM模块短信通知户主，并自动采取声光报警、自动开窗、智能通风、自动灭火等应急处理措施，同时通过无线收发模块送到小区燃气监控中心实现小区集中实时监控，采取相应的有效措施，并将检测数据存入小区燃气集中监控系统数据库，便于风险分析与评估，因此本系统通过GSM模块和无线收发模块，能确保燃气泄漏在最短时间内被发现并被处理，从而做到减少能源浪费，保护生命财产安全，真正做到防患于未然。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图2为本实用新型本地监测模块工作流程图。

图3为本实用新型远程集中监控模块工作流程图。

图4为本实用新型的第一无线收发模块工作流程图。

图5为本实用新型的第二无线收发模块工作流程图。

图6为本实用新型的主控制器内部A/D转换工作流程图。

图7为本实用新型更改用户信息时的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型包括本地监测模块和远程集中监控模块，所述本地监测模块包括数据采集模块、GSM模块、显示模块、第一报警模块、控制模块、第一无线收发模块和第一单片机，数据采集模块与第一单片机连接，将采集到的温度、烟雾浓度、燃气浓度信号输送到第一单片机中，所述第一单片机分别与GSM模块、显示模块、第一报警模块、控制模块和第一无线收发模块相连，所述远程集中监控模块包括第二单片机、第二无线收发模块、第二报警模块和上位机，第二无线收发模块与第二单片机相连，将从第一无线收发模块接收到的信号送入第二单片机，第二报警模块与第二单片机相连，第二单片机与上位机相连；所述数据采集模块包括温度传感器、烟雾传感器和燃气传感器；所述第一报警模块和第二报警模块采用蜂鸣器。

本地监测模块的主控芯片采用STC12C5A60S2单片机，含内部8路10位A/D转换器，处理能力峰值性能可达25MIPS；系统采用多种供电方式：电池供电、外接电源适配器以及USB接口供电。图2为本地监测模块工作流程图，第一单片机实时采集监测点温度、烟雾浓度、燃气浓度等信息，并将采集来的数据通过低功耗第一无线收发模块传送给远程集中监控模块，并在本地有实时的数据显示，同时，当某项指数超标时，将自动启动本地声光报警，通过控制模块第一时间切断电源、气源，并将这一情况通过GSM模块发送短信到用户手机，通过本地声光报警、远程监控、短信通知等多种途径，以确保危险能在第一时间缓解或解除。

远程集中监控模块的工作过程如附图3所示，第二无线收发模块接收来自第一无线收发模块发送的信号并将信号送到第二单片机，第二单片机将接收到的数据通过串口通信的方式传到上位机机，当某项指标超标时可以进行声光报警，同时上位机软件不断地接收来自第二单片机的数据，存入燃气管理数据库，并对各监测点燃气状况进行实时的显示，并对采集来的数据进行分析，预测风险，通过对一段时间内数据的分析以发现安全隐患。

本实用新型的本地监测模块和远程集中监控模块是通过CC1101无线收发模块进行通信，该模块主要设定为在315、433/686和915HZ的ISM，集成了一个软件编程的调制调解器，该调制解调器支持2-FSK、GFSK和MSK调制格式，数据传输率最高可达500kbps。通过启用集成在调制解调器上的前向误差校正选项，能够大大的使其性能得到提升。CC1101硬件支持数据包处理、数据缓冲、突发数据传输。清晰信道评估、连接质量指标和电磁波激发MCU可以通过SPI接口与CC1101进行明亮和数据的交换。CC1101主要应用于低功耗无线应用设计中，如车辆监控、遥控、遥测、水文气象监控；无线标签、身份识别、非接触RF智能卡；小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传唤；无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物采集信号。

CC1101无线收发模块的收发数据和对模块所有配置参数都是单片机通过SPI接口对CC1101进行读写操作来完成的。SPI接口待机模式、发送模式以及接收等工作模式都通过SPI指令进行设置。STC12C5A60S2有一个硬件的SPI接口，通过设置交叉开关可以将SPI接口连接到通用I/O口上。SPI所使用的四个信号MOSI、MISO、SCK、CSN。该模块可以通过GDO0或GDO2引脚高低电平状态来判断数据的发送或接收是否完成。GDO0、GDO2都是作为数字输出引脚。

本地监测模块是通过第一无线收发模块发送数据到远程集中监控模块，其具体流程如图4所示，远程集中监控模块是通过第二无线收发模块接收来自各个检测节点的数据，其具体流程如图5所示，接收到数据后，第二单片机将所采集到的数据通过串口传输到管理端监控室的电脑上。STC12C5A60S2中的UART是一个异步、全双工串口，它提供标准8051串行口的方式1和方式3。UART具有增强的波特率发生器电路，有多个时钟源可用于产生标准波特率。接收数据缓冲机制允许UART在软件尚未读取前一个数据字节的情况下开始接收第二个输入数据字节。

UART有两个相关的特殊功能寄存器：串行控制寄存器（SCON）和串行数据缓冲器（SBUF）。用同一个SBUF地址可以访问发送寄存器和接收寄存器。写SBUF时自动访问发送寄存器；读SBUF0时自动访问接收寄存器，不可能从发送数据寄存器中读数据。

UART增强的波特率由定时器1工作在8位自动重装载方式产生。发送（TX）时钟由TL1产生；接收（RX）时钟由TL1的拷贝寄存器产生，该寄存器不能被用户访问。TX和RX定时器的溢出信号经过二分频后用于产生TX和RX波特率。当定时器1被允许时，RX定时器运行并使用与定时器1相同的重载值（TH1）。在检测到RX引脚上的起始条件时RX定时器被强制重载，这允许在检测到起始位时立即开始接收过程，而与TX定时器的状态无关。

定时器1应被配置为方式2，即8位自动重装载方式。定时器1的重载值应设置为使其溢出频率为所期望的波特率频率的两倍。定时器1的时钟可以在6个时钟源中选择：SYSCLK、SYSCLK/4、SYSCLK/12、SYSCLK/48、外部振荡器时钟/8和外部输入T1。对于给定的定时器1时钟源，UART0的波特率以下方程决定：

UART波特率=0.5×T1CLK/(256-T1H)

其中T1CLK是定时器1的时钟频率，T1H是定时器1的高字节（重载值）。

串口的初始化程序主要完成对串口的设置，包括选择串口、设置波特率、设置数据格式、打开串口等。

本地监测模块的数据采集模块包括温度传感器、半导体烟雾传感器MQ-2和半导体气体传感器MQ-5，使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度和燃气浓度相对应的输出信号，半导体烟雾传感器MQ-2和半导体气体传感器MQ-5具有灵敏度高、响应快、抗干扰性好、使用方便、价格便宜且不会发生探头阻缓及中毒现象、维护成本较低等优点。通过主控制器内部的A/D转换器即可换算出当前监测点的燃气浓度和烟雾浓度信息。A/D转换流程图如图6所示。

本地监测模块还可以更改用户信息，其具体的工作流程如附图7所示，用户可以方便的更改户主手机信息和房间信息，修改后的信息将自动保存到掉电不丢失的flash存储器中。

本次上位机通信软件设计核心采用的是C#，C#是微软公司发布的一种面向对象的、运行于.NET Framework之上的高级程序设计语言。C#看起来与Java有着惊人的相似，它包括了诸如单一继承、接口、与Java几乎同样的语法和编译成中间代码再运行的过程，但是C#与Java有着明显的不同，它借鉴了Delphi的一个特点，与COM（组件对象模型）是直接集成的，而且它是微软公司 .NET windows网络框架的主角，可以与单片机进行数据交换。上位机软件将采集的数据进行存储，分析，生成风险评估报告以预防燃气泄漏，生成各个监测点实时信息变化曲线，方便管理员随时查看，可以通过对比找出安全隐患。

Claims

1.一种基于无线通信和GSM移动通信的家用燃气泄露监控系统，其特征在于：包括本地监测模块和远程集中监控模块，所述本地监测模块包括数据采集模块、GSM模块、显示模块、第一报警模块、控制模块、第一无线收发模块和第一单片机，数据采集模块与第一单片机连接，将采集到的温度、烟雾浓度、燃气浓度信号输送到第一单片机中，所述第一单片机分别与GSM模块、显示模块、第一报警模块、控制模块和第一无线收发模块相连，所述远程集中监控模块包括第二单片机、第二无线收发模块、第二报警模块和上位机，第二无线收发模块与第二单片机相连，将从第一无线收发模块接收到的信号送入第二单片机，第二报警模块与第二单片机相连，第二单片机与上位机相连。

2.如权利要求1所述的基于无线通信和GSM移动通信的家用燃气泄露监控系统，其特征在于：所述数据采集模块包括温度传感器、烟雾传感器和燃气传感器。

3.如权利要求1所述的基于无线通信和GSM移动通信的家用燃气泄露监控系统，其特征在于：所述第一报警模块和第二报警模块采用蜂鸣器。