基于物聯(lián)網(wǎng)的氣體消防鋼瓶壓力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

【摘 要】針對(duì)傳統(tǒng)的氣體消防鋼瓶壓力不穩(wěn)定頻發(fā)安全事故的問題，設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的氣體消防鋼瓶壓力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)的組成、系統(tǒng)的功能及特點(diǎn)以及系統(tǒng)的使用意義。該控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定，取得了很好的壓力監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)接收壓力數(shù)據(jù)及安全報(bào)警的效果，安全性能效果顯著。

【關(guān)鍵詞】壓力監(jiān)測(cè) 物聯(lián)網(wǎng) 實(shí)時(shí)性 安全

氣體消防鋼瓶組作為氣體滅火裝置廣泛用于計(jì)算機(jī)中心機(jī)房、地鐵機(jī)房、重要的圖書館檔案館、移動(dòng)通信基站、變配電站、柴油發(fā)電機(jī)房等重要建筑物中。氣體是以一定的壓力下儲(chǔ)存在鋼瓶?jī)?nèi)，傳統(tǒng)的氣體消防鋼瓶在閥門處安裝壓力儀表，需人工按時(shí)巡查壓力，壓力數(shù)據(jù)無法實(shí)時(shí)獲取，從而導(dǎo)致鋼瓶組常常會(huì)因壓力損失而失去滅火功能，或由于環(huán)境溫度升高而使鋼瓶超壓并發(fā)生爆炸等事故，因此，本文設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的氣體消防鋼瓶壓力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

一、系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的氣體消防鋼瓶壓力監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)的開發(fā)，由檢測(cè)模塊、路由模塊和GSM模塊組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)消防鋼瓶的壓力實(shí)時(shí)檢測(cè)、遠(yuǎn)距離傳輸及數(shù)據(jù)采集及管理，其系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖如下：消防鋼瓶→檢測(cè)模塊→路由器模塊→GSM模塊→監(jiān)控管理PC

檢測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)氣體鋼瓶壓力的實(shí)時(shí)檢測(cè)，采用了硅壓阻式壓力傳感器，它具有較高的測(cè)量精度、較低的功耗和極低的成本，能夠?qū)崿F(xiàn)低功耗工作，可采用電池供電，大大降低了設(shè)備對(duì)環(huán)境的要求，并與單片機(jī)MSP430F4270連接，用于檢測(cè)消防鋼瓶的壓力信號(hào)，減少外部電源的干擾，而且降低成本。此模塊以單片機(jī)MSP430F4270為控制核心，其工作電壓僅為1.8V-3.6V，晶振為32.768kHz，活動(dòng)模式功耗僅為250μA，滿足了系統(tǒng)低功耗的要求；而且具有32KBFLASH，用于存儲(chǔ)程序和較大量的調(diào)幅信號(hào)波形數(shù)據(jù)，滿足壓力信號(hào)實(shí)時(shí)檢測(cè)的需求；內(nèi)置12位D/A轉(zhuǎn)換器用于調(diào)幅波形數(shù)據(jù)的片內(nèi)數(shù)模轉(zhuǎn)換，輸出特定頻率和幅度的調(diào)幅信號(hào)，具有較高的轉(zhuǎn)換精度，滿足系統(tǒng)高精度的要求；16位具有三個(gè)Timer_A捕捉/比較寄存器，TimerA定時(shí)器用于產(chǎn)生特定頻率的方波調(diào)制信號(hào)和外圍電路控制信號(hào)，與路由器模塊方便進(jìn)行信號(hào)傳輸。

路由器模塊實(shí)現(xiàn)壓力信號(hào)數(shù)據(jù)的無線傳輸，采用兩個(gè)無線模塊CC2500，一個(gè)設(shè)置在檢測(cè)模塊中，與所述單片機(jī)MSP430F4270連接，一個(gè)設(shè)置在路由模塊中，與單片機(jī)MSP430F2274連接，兩個(gè)無線模塊CC2500連接，用于信號(hào)的傳輸，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離無線數(shù)據(jù)傳輸，且具有片上載波感應(yīng)指示燈和數(shù)字RSSI輸出，有助于提高無線鏈路的質(zhì)量。

單片機(jī)MSP430F2274可以控制讀取無線模塊CC2500的SPI總線和與GSM模塊通信的UART總線，而且單片機(jī)MSP430F2274支持無線模塊CC2500，對(duì)其采用無線喚醒的方式。

GSM模塊實(shí)現(xiàn)壓力信號(hào)采集、處理及管理，由單片機(jī)MSP430F2274與GSM模塊連接，用于信號(hào)處理。采用純B/S模式，只要使用操作系統(tǒng)自帶的IE瀏覽器即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、報(bào)表、流程圖、文件等內(nèi)容的瀏覽、查詢、統(tǒng)計(jì)、分析。

GSM模塊，是將GSM射頻芯片、基帶處理芯片、存儲(chǔ)器、功放器件等集成在一塊線路板上，具有獨(dú)立的操作系統(tǒng)、GSM射頻處理、基帶處理并提供標(biāo)準(zhǔn)接口的功能模塊。將ARM通過RS232串口與GSM模塊通信，使用標(biāo)準(zhǔn)的AT命令來控制GSM模塊實(shí)現(xiàn)各種無線通信功能，例如：發(fā)送短信，撥打電話，GPRS撥號(hào)上網(wǎng)等。GSM模塊具有“開放內(nèi)置平臺(tái)”功能，可以讓客戶將自己的程序嵌入到模塊內(nèi)的軟件平臺(tái)中。

二、系統(tǒng)功能

系統(tǒng)運(yùn)作時(shí)，硅壓阻式壓力傳感器MEMS將采集到的壓力信號(hào)傳輸給單片機(jī)MSP430F4270，單片機(jī)MSP430F4270將接收的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再傳輸給無線模塊CC2500，每個(gè)消防鋼瓶的信號(hào)匯總后，傳輸給路由器模塊中的無線模塊，再由無線模塊傳輸給單片機(jī)MSP430F2274，單片機(jī)MSP430F2274將接收到的信號(hào)傳輸給GSM模塊，GSM模塊將數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)庫處理后供檢測(cè)人員查閱。

三、創(chuàng)新點(diǎn)

與傳統(tǒng)的儀表式壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）采用低功耗型壓力傳感器和壓力變送器實(shí)現(xiàn)消防鋼瓶壓力信號(hào)的精確采集并數(shù)字化；

（2）采用RFID技術(shù)對(duì)消防鋼瓶進(jìn)行身份識(shí)別和管理；

（3）采用低功耗型的無線通訊模塊和無線中繼實(shí)現(xiàn)消防鋼瓶壓力信號(hào)由各分布點(diǎn)向信息平臺(tái)的直接傳輸；

（4）采用全中文實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)對(duì)海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的高效管理；

（5）采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)鋼瓶的準(zhǔn)確定位。

四、總結(jié)

本系統(tǒng)通過基于物聯(lián)網(wǎng)GSM技術(shù)建立壓力信息通信裝置，并按照設(shè)定的采樣時(shí)間將壓力信息上傳至消防鋼瓶管理總站，從而達(dá)到消防鋼瓶組壓力信息的統(tǒng)一監(jiān)控和管理，消除事故隱患，監(jiān)測(cè)人員不需人為排除故障消防鋼瓶，可以通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)直接在終端實(shí)時(shí)觀察瓶?jī)?nèi)氣體壓力的動(dòng)態(tài)變化，同時(shí)系統(tǒng)提供的危險(xiǎn)報(bào)警將大大降低人力、物力和財(cái)力的損失，并實(shí)現(xiàn)壓力檢測(cè)智能化、低功耗、少人力等優(yōu)點(diǎn)，且以GSM技術(shù)為基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)壓力傳輸通信裝置穩(wěn)定可靠。解決了目前消防鋼瓶組的安全管理問題，并為現(xiàn)代消防布防控等提供了一種新型解決模式。對(duì)分散分布的氣體消防鋼瓶實(shí)現(xiàn)電子壓力檢測(cè)具有突破性的意義，為鋼瓶壓力等信號(hào)的無線物聯(lián)網(wǎng)傳輸管理奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]戴麗昕.讓百萬危險(xiǎn)鋼瓶盡在掌控[].上?？萍紙?bào)，2007，4（11）

[2]王家振. 基于電子標(biāo)簽的氣瓶安全管理系統(tǒng)[J].中國電子商情，2009，1

[3]慕曉鴿，孟永彪，李斌斌. 鋼瓶檢驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化儀表，2011，4

[4]董樹巍. 液氯鋼瓶智能充裝及管理系統(tǒng)[J].中國氯堿，2012，6

作者簡(jiǎn)介：

畢成超（1991-），男，浙江寧波，衢州學(xué)院，電氣工程及其自動(dòng)化。2011級(jí)大三學(xué)生.

郁煒（1974-），女，江蘇如東人，副教授，主要研究方向：檢測(cè)技術(shù)及其智能控制。