家用燃气管道防泄露装置设计研究

导语：家用燃气管道防泄露装置设计研究一文来源于网友上传，不代表本站观点，若需要原创文章可咨询客服老师，欢迎参考。

燃气管道的普及使我们的生活变得十分方便，但同时也让我们的生活中多了很多危险。燃气管道中的甲烷或一氧化碳虽然是十分好的燃料，但其化学性质很不稳定。一旦在我们的居家环境中发生泄露，将会造成极大的危害。在最近一年内，整个中国有记录的燃气事故有539起，这些事故造成了大量的人员伤亡，其中居家环境下的燃气泄漏事故有337起，每年由于燃气泄漏事故造成的经济损失更是难以估计的。燃气管道泄露事故的频频发生，其本质原因是绝大多数燃气管道没有燃气泄漏检测装置和燃气泄漏应急处理装置。本设计就是给家用燃气管道上加装上述两种装置已达到减少燃气泄漏事故的目的。本设计主要由燃气泄漏监测模块，燃气泄漏报警模块，燃气泄漏应急处置模块，控制模块和物联网模块组成。整个设计可以在燃气发生泄露时主动进行声音报警以提醒室内人员尽快撤离，同时该设计中的物联网模块也会向用户的手机端发送燃气泄漏的信息，从而达到用户远程监控燃气泄漏情况的目的，该系统还可以通过电控阀门模块关闭入户燃气管道总阀门并通过排风扇迅速排除燃气，从而达到阻止进一步燃气泄漏的目的。该设计对于保护我们在居家环境下的安全，有着重要的意义。

1.系统总体方案设计

本系统以51单片机作为控制装置，采用多个气体传感器监测室内的燃气浓度，燃气浓度一但超过安全范围，气体传感器就会将这一信息反馈给单片机，单片机接到信号后便会通过控制物联网模块向用户手机发出警告信息，通过控制报警装置对室内人员进行报警，通过控制电动阀门切断室内的燃气供应，通过控制排风扇排出室内已经泄露的燃气。做行业曲线linkindustryAppraisement可替代度影响力可实现度行业关联度真实度到了对燃气泄漏问题的全自动化的处理，极大节省了人力物力。整个系统的电路系统框图如图1所示。

2.系统控制模块的选用

本设计主要应用于我们日常的居家环境，因此在选择控制芯片时不仅要考虑其计算能力，还要考虑其价格是否能被大多数人接受，要尽量选择物美价廉的芯片。通过对本设计中需要处理的数据量的估计，数据计算量主要来自传感器模块和物联网模块，并且需要处理的数据量不是很大。经过综合考虑，出现在20世纪90年代的STC89C52单片机成为本设计的首要选择，该芯片是由STC公司研制的一款芯片，拥有8位的处理器，虽然与16位和32位处理器相比其运算能力会弱不少，不过它的价格远远低于它们，功耗也比较低，并且8位的处理器完全可以满足本设计的数据处理需要，综合分析该型芯片对于本设计有着极高的性价比。该芯片的集成度很高，可以直接通过数据线与电脑链接，通过电脑便可完成程序的测试和烧录，无需其他设备，极大地方便了使用人员，并且该型芯片还有着很强的扩展能力，其共有40个引脚可供外部设备连接，满足本设计的需求。该芯片也有着较高的可靠性，可以满足在厨房这种高油烟，高温环境下的使用需求。并且其还有着较高的抗干扰性能，可以满足在厨房环境的强电磁干扰下工作的需要。在本系统的设计过程中，STC89C52芯片的调试过程分为两个步骤：（1）在Windows端的Keil开发平台上设计所需程序；（2）将设计好的程序烧录到STC89C52芯片上。完成上述的两个步骤，本系统所需要的STC89C52芯片便可以投入使用了。由于篇幅限制，本系统的程序便不在这里赘述了。

3.系统传感器模块的选用

整个系统的性能如何取决于传感器，它相当于整个系统的探测装置，其精准与否直接决定了系统能否正常工作。当然兼顾精准性的同时还要考虑其经济性。目前市场上常见的气体传感器的种类有很多，其中红外气体传感器和半导体气体传感器可以有效地探测燃气泄漏。红外气体传感器有着较强的测量精度，并且不容易因为外界因素而损坏，选择性好，使用寿命长，不容易被外界因素影响其精度等诸多优点。也正是由于他的性能过于优异，所以其技术难度大，在目前的气体传感器市场内，其还存在着技术壁垒，因此它的成本很高。半导体传感器是应用比较广泛的传感器，有着很大的市场份额，这类的传感器的成本比较低廉。半导体传感器也分为多种类型，经过对不同种类性能的分析，其中以Pt-SnO2为传感材料的电导型表面敏感气体传感器对CO，CH4等气体的监测效果良好，综合价格因素，最终本设计选择该型传感器作为整个系统的传感器模块使用。

4.系统物联网模块的选用

该系统的物联网模块主要有ESP8266芯片和云服务器和手机移动APP构成，以此来实现用户随时随地监控家中的燃气浓度是否超标的目的。Espressif公司研发的ESP8266EX是一款可以进行物联网编程的芯片，从它被研发出来的那天起，它就被广泛地应用于物联网的开发当中。ESP8266是由Ai-thinker公司在ESP8266EX的基础上开发而来的，该型芯片可以实现云服务，实现与移动端（手机APP）之间的实时数据交互。ESP8266拥有三种工作模式可以供使用者选择，分别是STA模式、AP模式和STA+AP模式。在第一种模式下，该芯片直接与WIFI（无线网络）相连接，从而通过WIFI（无线网络）接入网络，手机通过网络对该芯片进行实时的数据交互；在第二种模式下，将该芯片作为热点，手机连接该芯片热点实行对该芯片的局域网内的数据实时交互；第三种模式，是上述两种模式的结合，既可以使用第一种模式实现手机与芯片之间的信息交互，也可以使用第二种模式实现手机与芯片间的信息交互，有着极高的灵活性，实现了通过互联网进行信息传输和通过局域网进行信息传输的灵活切换。考虑到本设计的应用环境大多为远距离操作，因此本设计采用了STA模式进行设计。数据交互的实现需要软件和硬件的相互配合，二者缺一不可，该系统的软件部分由EMQX、InfluxDB、以及手机APP构成，硬件部分由ESP8266构成。EMQX是一种高性能的物联网MQTT消息中间件，主要负责数据的接收和发送，是数据的中转站；InfluxDB是一种时序数据库，在本设计中需要存贮的数据量比较大，并且需要将数据按照采集周期进行上报，数据的存储需要按照一定的时间序列，因此本设计使用时序式数据库是比较好的选择，它可以高效的处理本设计中的数据。手机APP可以通过不同的配置将查询采集到的数据经过整理统计后展示给用户。整个系统的数据交互的流程如下：ESP8266将传感器收集到的数据通过MQTT协议上传到EMQX，数据通过中转站EMQX的中转进入InfluxDB中，InfluxDB将数据进行分类储存并最终呈现在手机APP上。

5.系统应用前景

截至目前，我国家庭住户已达到5.3亿户，这其中约有1.5亿使用天然气的住户。根据调查这些住户里面绝大多数没有安装燃气泄漏保护装置，这也是每年我国都有大量因燃气泄漏造成重大事故的原因。现有的燃气泄漏保护装置只有监测报警功能，并不能从本质上解决燃气泄漏的问题。本设计运用了物联网技术，使用户可以随时随地的监控家中燃气情况。燃气一旦发生泄露，该设计可以做到主动关闭燃气阀门，并且通过排风扇将泄露的燃气排到室外。做到了燃气泄漏保护的自动化。目前国内的同类设计比较少见，因此该设计在未来具有很好的市场应用前景。

6.结语

本设计以解决居家环境下的燃气泄漏问题为目的，使用气体传感器，51单片机，电控阀门，排风扇，报警器等硬件设备结合物联网技术实现了对居家环境下的燃气浓度的监测和对燃气泄漏的保护。本设计着重介绍了市面上主要的气体传感器，我相信气体传感器在未来我们的日常生活中会随处可见，它对于保护我们居家环境的安全有着重要的意义。本设计所有原件的选用都是在满足基本使用要求的前提下，兼顾了经济性和可靠性。因此整个设计的成本不会过高，这也是为了保证广大用户的利益。本设计的亮点在于物联网技术的实现，在文中也着重地介绍了物联网技术的实现过程。物联网技术是目前的前沿技术，尤其是在智能家居领域。笔者水平有限，有些不足的地方，望见谅。

作者：王宇 单位：佳木斯大学