智能燃气表

智能燃气表（精选8篇）

智能燃气表 篇1

0 引言

普通膜式燃气表是民用燃气计量的基础性表具, 采用传统的入户抄表收费方式, 此种抄表收费方式给燃气企业带来了入户抄表难、欠费用户管控力度低、人工抄表成本高等运营管理问题, 为了有效地解决以上问题, 必须增加表具的智能管理功能, 以替代传统的抄表收费方式。智能燃气表正是在普通膜式燃气表的基础上, 充分利用了电子技术、计算机技术以及网络通信技术的新型燃气计量表具, 满足了燃气行业表具智能化的需求。

1 智能燃气表

目前常用的民用智能燃气表根据工作原理不同, 可分为卡式燃气表和远传燃气表, 由膜式基表、控制阀门和智能控制模块组成, 膜式基表负责燃气用量的计量, 智能控制模块负责完成相关的充气、抄表和开关阀控制等功能。

1.1 卡式燃气表

卡式燃气表具有预收费和用气控制功能, 实行一表一卡, 燃气用户可持购气卡到燃气公司的收费充值站点缴费, 燃气公司通过相应收费管理系统向用户的购气卡内写入所缴费用对应的气量, 用户将写入气量的购气卡插入或贴入卡式燃气表的读卡区, 卡式燃气表读取购气卡内数据并将卡内气量写入表内, 表内气量余额相应增加, 从而完成缴费购气工作。随着用户不断用气, 表内气量余额自动减少, 当表内气量余额为零时, 卡式燃气表自动关阀, 停止供气, 直到用户再次缴费购气后才打开阀门供气。

根据购气卡的类型不同, 卡式燃气表可分为IC卡表、CPU卡表和射频卡表。各种卡式燃气表经过不断地实践和改进, 所具备的功能也越来越完善:密钥验证功能;“先购后用”的预付费功能;报警气量提醒功能;欠费关阀控制功能;补气验证功能;非法卡识别功能。这些功能不但使卡式燃气表实现了不用入户而用户自动缴费, 而且使表具本身具有较高的使用安全性, 同时可有效地避免用户欠费。

卡式燃气表因其固有的硬件特点和工作方式, 在应用时应注意以下问题:

(1) 在恶劣环境中, 潮湿、高温、油烟、蒸汽等对其腐蚀较大, 会使读卡区受污染造成读卡失效。

(2) 焦炉煤气气质较差, 会使阀门关闭不严或阀门关闭失效, 从而造成气量损失。

(3) 虽然收费管理系统和表具本身都具有充值限控制, 但表具上仍可能有一定的气量囤积。

(4) 卡式燃气表的运行状况燃气公司无法掌握, 存在表具管理漏洞, 燃气公司必须定期入户稽查, 发现故障表具要及时更换, 否则会造成气量损失。

1.2 远传燃气表

远传燃气表具有基表表数读取和数据远传功能, 通过数据传感采集器读取基表表数, 并将读取的表数通过有线或无线通信方式向表外发送, 发送的数据信号可经室外的中继器、集中器或无线远传POS最终送至燃气公司的相应收费管理系统, 从而完成有线自动或无线远传POS抄表, 由燃气公司的收费管理系统完成用气量计算和扣费结算。

根据通信方式不同, 远传燃气表可分为有线远传表和无线远传表。远传燃气表具有以下功能:具有数据读取和有线或无线通信功能, 可实现实时自动抄表或定期远传POS抄表;远程开关阀控制功能;可在表具欠电、断电的情况下自动关阀, 以确保表具带电运行。这些功能使远传燃气表实现了自动抄表或室外集中抄表, 使燃气企业可以随时了解表具的运行情况以及用户的用气情况, 便于合理安排表具管理和营业收费工作;在燃气公司或用户室外即可完成远程开关阀操作, 便于实现对欠费用户的管控;远传燃气表的抄表结算由燃气公司的收费管理系统进行, 这种抄收方式不会造成用户囤积气量的问题。

远传燃气表在实际应用中必须注意以下问题:

(1) 必须要保证通信线路的通畅, 否则无法进行抄表。无线远传表要求抄表线路上尽量减少穿过楼板和墙壁的数量, 以减少无线抄表信号衰减, 要选好无线抄表设备放置的位置;有线远传表要求有线通信线路尽量采用暗敷方式, 如果采用明敷, 容易造成线路损坏, 不但使表具失控而且会增加燃气公司检查、修复线路方面的工作量。

(2) 如果要使用网络通信商提供的有线或无线通信网络, 会增加有线或无线通信费用。

2 智能燃气表的收费系统整合

随着智能燃气表应用越来越广泛, 相应各种智能燃气表的收费系统存在着单机运行、各自独立的状况, 给燃气企业的经营收费工作带来了收费终端繁多、表具管理不便、统计分析困难等诸多问题, 对各类智能燃气表的收费系统进行整合, 组建统一的收费管理系统平台, 是各燃气企业面临的共同问题。

智能燃气表收费系统整合方案建议:

(1) 对现有收费系统的硬件资源、网络资源以及充值网点进行充分利用, 以减少收费系统整合费用。

(2) 整合系统网络架构要合理, 一般采用C/S模式, 因为C/S模式速度快, 处理能力强, 用户交互性好, 运行稳定, 设备控制能力强, 尤其适合需要连接POS机和读卡器等外部设备的整合收费系统。

(3) 对表具数据和抄表收费数据进行集中统一管理, 便于统计分析和经营核算。

(4) 制定各种智能燃气表与整合收费系统的接口标准, 作为后续新智能表选用的依据, 新智能表要满足相应接口标准的兼容要求, 方便纳入整合收费系统, 实现集中统一管理。

(5) 制定统一的远传通信接口及协议标准, 实现抄表数据的通传通抄。

(6) 对各厂家的PSAM卡进行整合, 一张整合PSAM卡可同时安装多个厂家的密钥文件, 使同一读卡器可对多个厂家的用户卡完成密钥验证操作。

(7) 根据现有CPU卡类型定制读卡器设备, 通过一个读卡器对多个表厂的CPU卡进行读写操作, 真正意义上实现多卡兼容。

3 智能燃气表的阶梯气价解决方案

(1) 对于已投用的卡式燃气表, 表内没有硬件时钟, 且燃气表内的存储单位为立方米, 这些卡式燃气表无法自动实现阶梯气价, 只能通过收费系统完成阶梯气价的管理。阶梯气价不是通过用户的累计用气量实现的, 而是通过收费系统中记录的用户累计购气量实现的。在每一阶梯周期内, 当用户的本期累计购气量达到相应的阶梯气量时, 启用相应的阶梯价格, 从而实现阶梯气价的计费。

(2) 对于已经投用的远传燃气表, 在收费系统中可根据抄表表数自动计算本抄表周期内的用气量, 按照抄表周期内阶梯气价分档情况, 分别计算阶梯用量和阶梯金额, 最后计算合计消费金额, 即为当期气价, 依据此价格进行扣费。

(3) 对于新安装燃气表, 可采用带有阶梯气价功能的卡式燃气表, 由表具完成阶梯气价工作。该表配有硬件时钟, 表内存储的是购气金额、分档气量和分档单价, 直接由表具根据当期用气情况完成阶梯计价结算工作。该表表内不存储购气量, 不存在用户囤积气量的问题;为了保证及时调价, 避免燃气企业由于调价不及时而造成经济损失, 该表具有无线通信功能, 可以通过无线远传POS完成实时调价, 对于无线远传POS调价失败的表具, 也可通过用户购气卡完成最终调价;通过无线远传POS或中继器、集中器, 可随时抄取表具表数, 分析表具运行情况和用户的用气情况。此表兼具卡式燃气表和远传燃气表的功能特点, 是智能燃气表不断发展进步的结果。

4 结语

智能燃气表彻底解决了普通膜式燃气表传统抄表方式给燃气企业运营管理带来的各项问题, 不但可以提高抄表率, 加强对欠费用户的管控以及欠费的清缴, 还可以大幅度降低人工抄表成本, 有效提高燃气企业的经营和管理效益。燃气企业应根据各种智能燃气表的功能特点和具体的使用要求, 做好智能燃气表表具选型和相应收费管理系统功能设计工作, 最大限度地发挥智能燃气表的使用性能, 更好地为燃气企业经营收费工作服务。

海尔发布首款智能防干烧燃气灶 篇2

5月28日，海尔厨房电器召开粉丝见面会，会上海尔发布了最安全的防干烧燃气灶，该产品的智能防干烧、无锅自动关火、宽频大火力等七大安全创新功能让粉丝们惊喜体验了海尔为用户打造的“安全+”保护。智能防干烧燃气灶的发布具有行业风向标的意义，粉丝见面会上，中国标准化协会现场颁布了由海尔厨房电器参与修订的防干烧燃气灶标准。

根据媒体报道，我国每年因燃气灶干烧引发的大小型事故不在少数，这些事故常常会引起巨大的财产损失，甚至危及生命安全，是用户最大的痛点所在。海尔厨房电器在7个社交媒体平台与120万用户交互，围绕忘关火、支锅架难清洗、玻璃台面炸裂等用户痛点，展开燃气灶的创新研发。

基于用户痛点，海尔厨房电器通过整合全球五大研发中心和联合研发平台的资源，历经3年的研发、数千次的调试以及3个多月的耐久性验证，最终推出的智能防干烧安全燃气灶以七大安全功能共同构筑一道安全“屏障”，为用户打造厨房“安全+”体验。

智能防干烧系统由防干烧探头、智能控制模块和燃气控制阀等部分组成。在锅具干烧时，感温探头会智能感应锅的温度变化，一旦达到危险程度，燃气灶的智能控制模块就会发出关闭燃气控制阀的指令，从而有效杜绝了危险情况的发生。而在这其中发挥重要作用的感温探头经过了五重隔热防护，可以充分保证探头能够准确测得锅底温度变化而不受炉头火焰影响，使干烧保护更加灵敏。同时，为了满足当前用户对高品质的追求，防干烧安全燃气灶还具备大火力、人性化和智能化等功能点，满足了用户的多样化需求。以大火力为例，其实现了0秒瞬燃、高效燃烧系统和宽频火力等功能特点。经权威机构认证，该产品热流量高达4.5kW，燃烧热效率61%以上，满足了用户对大火力的需求。

日本立山传感器事业部总经理中切秀则在发言中介绍了防干烧灶具在日本的情况。日本从2005年开始出台相关政策，2008年起要求灶具必须安装防干烧传感器，相关调查数据显示，因为防干烧传感器的普及使用，因灶具干烧导致的火灾下降了70%多。韩国在2011年强制要求灶具具备防干烧功能，预计中国很快会有强制性标准出台。

中国标准化协会秘书长高建忠和中国五金制品协会理事长石僧兰出席活动，并颁布了重新修订的防干烧燃气灶标准。高建忠在致辞中表示，防干烧燃气灶标准的重新修订是企业技术创新推进行业标准升级的又一次成功实践，这将进一步加速中国厨电行业的技术升级，优化产业格局。

中国五金制品协会理事长石僧兰发言中指出，数千年丰富的饮食文化塑造了中国人丰富的味觉，0.3kW-4.5kW宽频火力设计充分满足了中国人丰富的味觉要求，海尔燃气灶的创新很好地证明了基于消费者需求的创新是无止境的。

基于对产品的自信，海尔防干烧安全燃气灶为用户提供整机终身免费包修的福利，这一服务创新在整个厨电行业尚属首次。互联网时代，创新已经不单纯聚焦于产品概念，而是要贯穿于产品的整个产业链。海尔防干烧安全燃气灶的创新，实现了从基于用户需求的产品创新到行业标准，再到服务层面的全流程创新，堪称创新实践的典范。

（本刊记者）

低功耗预付费智能燃气表的研制 篇3

多年来,居民使用燃气的计费一直采用人工定期抄写燃气消耗数据,经计算后收取费用的方法。此方法存在着工作量大,收费时间长,收费困难,效率低等问题。而且对于恶意欠费的用户,管理部门很难采取快速有效的措施,限制其使用燃气。该表实现了先进的预付费功能,并且具备完善的防作弊措施,有效地解决了上述问题。而且采用了多种方法提高预付费智能燃气表[1,2]在实用中的可靠性,实现了燃气收费管理的电子化,信息化,网络化。

1 工作原理

预付费智能燃气表首先通过流量计中的磁敏元件干簧管,将气量转换为电脉冲信号,脉冲信号经整形、光电耦合隔离后输入到单片机进行计量。用户到燃气公司各收费管理站交费购气,回来后把存储燃气量的IC卡插入用户的智能燃气表中,单片机控制系统经密码比较有效后读取气量,开启电机阀允许用户用气,同时将IC卡清零。随着用户用气,非易失存储器中的气量减少,在气量被用完之前,系统将提示用户续卡。

2 系统功能

1)加密功能:本预付费智能燃气表使用逻辑加密IC卡,保证一表一卡,非本表IC卡和其他无效卡插入无效。

2)控制功能:依据交费和用气情况,控制气路的开闭。

3)显示/提示功能:采用液晶显示器实时显示剩余可用气量,声光报警提示电池欠压、IC卡无效等功能。

4)欠压检测与防窃气功能:当系统电源电压不足时提示用户需更换电池,当用户私开表盖时,系统将关闭电机阀,防止用户非法窃气。

2 硬件设计

预付费智能燃气表的硬件组成结构如图1所示,其中包括主控MCU芯片[3,4]、燃气采集电路、电机阀控制电路、LCD显示与声光报警电路、电源保护及欠压检测电路、E2PROM及看门狗等。

2.1 燃气流量信号的检测

为了保持原有机械式燃气表的计量精度,通常智能燃气表的流量检测是通过检测其字轮旋转的圈数来实现的,将流量变换成脉冲数,再送至单片机进行计量。本设计中选用的是基于干簧管原理的脉冲式流量计,采用日本OKI公司ORD9216干簧管的,其功耗较小,且成本很低。

干簧管[5,6]由于体积小、重量轻、耐腐蚀、耐磨损、抗干扰,寿命长、成本低等优点,可以用作位移、液位,风压、流速、转速等的测量。本课题中选择一个长方形永久磁铁作为磁场,将磁铁安装字轮上,将干簧管安装在计数器的外壳上,字轮旋转一周,干簧管吸合释放一次。记录干簧管吸合的次数,就可以进一步计算出燃气的流量。

2.2 IC卡接口电路

本系统采用的IC卡为逻辑加密卡BL7442LV,具有较高的安全性。它与IC卡的信息交换是实现燃气预收费的关键。本系统中选用廉价的插拔式卡座[7],其与单片机的接口原理如图2所示。

当IC卡插入后,卡座上的常开微动开关K3闭合,经逻辑电路处理后在单片机的脚上引起中断,中断服务程序中查询到P3.5脚为低时,则进入IC卡密码校验及读写中断服务程序。

2.3 串行E2PROM及看门狗

E2PROM主要用来存储一些系统运行参数,当用户IC卡插入卡座时,卡内密码,卡号、购买气量等信息以及燃气表进入掉电状态时的剩余气量等信息都将保存至E2PROM中。本课题中使用了Xicro公司的X25045芯片,它将微机测控系统中常用的功能:看门狗定时器、上电复位、串行E2PROM集成在一块8只引脚的集成芯片内。这种组合大大减少了对电路板空间要求,简化了硬件设计,提高了系统的可靠性,降低了成本和功耗。芯片内部的存储器采用CMOS工艺,按512×8组织,每个字节可以擦写10万次以上,内部数据可以保存100年以上。

2.4 电机阀控制电路

由于燃气表采用电池供电,整个装置必须在低功耗下运行,因此,表中的气路控制阀,无论其在开启或关闭状态下,都应当微功耗。目前国内已有的气路控制阀主要有电机阀和电磁阀两种。本课题我们选用NDJF-19内置电机阀。它的控制电路如图3所示。

NDJF-19内置电机阀[8,9]采用特殊螺杆设计,动作流畅可靠,低电流工作,功耗小。具体的指标如下:

1)行程L4.5-L5

2)工作电压4.5-6V

3)工作电流小于120m A

4)动作时间小于0.6s

5)压力损失小于150Pa

2.5 欠压检测及电源保护电路

为有效保护电源和防止用户私开表盖,本系统可对电池盒位置进行高灵敏度检测。用户私开表盖时,保护电路输出低电平,单片机检测到该电平后执行相应声光报警,同时私开表盖记录被记录到表内的X25045中,返回主程序后立即关闭阀门。此后要打开阀门用气,必须先将私开记录清除,而只有燃气公司才能清除这种不良记录,这样可有效防止窃气行为的发生。它的控制电路如图4所示。

2.6 液晶显示电路

液晶显示电路采用了商品化的预付费智能燃气表专用液晶显示模块SMS0505,它用5位数字和其它字符显示电池欠压、误操作、读卡错和购买气量四种信息及其组合,外观如图5所示。

3 软件设计

应用程序编制采用模块化的编程方法,软件由主程序、中断服务程序、子程序等组成。核心的程序模块包括I C卡的密码校验与读写、串行(E2PROM X25045)的读写、LCD显示以及燃气流量计数中断程序等。采用MCS-51汇编语言编写程序。主要程序模块介绍:

3.1 主程序

当系统上电后,主程序开始执行。它首先完成系统的初始化工作,如开中断,使外部中断均为低电平触发方式,设置T0,T1为定时器并赋予初值等;初始化后再从X25045中读入本机可用燃气数,并进行判断处理;然后开电机阀,在液晶显示器上显示剩余可用气量;最后进入空闲模式,等待计数、插卡等中断进来。如图6所示。

3.2 中断服务程序(燃气流量计数中断程序)

它的作用是对干簧管产生的脉冲进行计数:当计数脉冲达到一个当量值时,从可用燃气数中减去0.1m3,并对液晶显示器进行刷新。

3.3 中断服务程序

它的作用是对电池欠压,非法开盖,有卡插入等进行实时响应。

3.4 定时器T1中断服务程序

定时器T1中断服务程序和软件构成一个10min定时器,在燃气流量计数中断程序中,清软件的计时值,使T1的中断服务程序始终计不满10min而正常中断返回。只有当不再出现燃气流量计数中断时,T1的中断服务程序才能顺利计满10min,当检测到10min不用气时,系统进入掉电状态。

3.5 其他子程序

其他子程序包括IC卡的读写子程序,IC卡的数据加密子程序,X25045读写子程序,液晶显示子程序,报警子程序等。

4 低功耗措施

本预付费智能燃气表设计紧紧围绕低功耗原则,主要采取了以下措施:

4.1 硬件措施

4.1.1 检测元件

预付费智能燃气表中流量传感器的种类很多,可选用霍尔元件,光电元件等,但这些元件功耗消耗较大,而且成本相对较高。本系统中选用的检测元件是干簧管,其功耗极小,成本也很低。

4.1.2 选用低功耗单片机

AT89C2051单片机的工作电压可低至2.7V工作,电流约3m A左右,支持低功耗空闲和掉电运行模式。

4.1.3 选用节能型的电机阀

本课题选用低功耗NDJF-19内置电机阀。

4.1.4 选用低功耗外围器件和分时供电

少量外围器件选用的均是CMOS器件。采用了低功耗的液晶显示方式。

为进一步降低系统功耗,对IC卡座采用了分时供电的策略。在图2中,只有在单片机检测到有IC卡插入时,在中断服务程序中才将P3.0置零,三极管导通,IC卡座上电,在完成IC卡密码效验和数据读写后又将其置1。这样不仅防止了IC卡的带电插拔损坏IC卡,也降低了系统功耗[10,11]。

4.2 软件措施

1)采用定时中断代替软件延时的工作方式,减少了CPU的运行时间。

2)用静态显示方式以减少CPU的运行时间。

3)CPU进入了空闲模式时,整个系统可通过中断唤醒。本系统中IC卡的插入,电源保护及欠压检测,燃气流量检测等均接到单片机的中断入口,在中断时予以响应。

4)设计了若燃气表10min不用气,系统进入掉电状态。

通过以上措施,预付费智能燃气表系统运行时,MCU大部分时间处于空闲和掉电状态,整机电流很低,未插卡时,实测电流为50u A,插卡时为4.0m A,开关电机阀时电流为100 m A,由于插卡,开关电机阀的次数很少,时间很短,整机功率仍极小。

5 逻辑加密IC卡

为了增强应用系统的安全性能,本课题中选用的是逻辑加密卡BL7442LV。

BL7442LV[12,13]是采用CMOS E2PROM工艺的制造的IC卡用芯片(模块)。256字节,带写保护功能,具有可能编程密码(PSC),可在低电压下工作。

6 结束语

该燃气表以逻辑加密卡为数据载体,选择了集成度高、功耗小的主控MCU芯片和外围器件,并从软件方面进行了优化。较之现有的燃气表,本文所研制的低功耗预付费智能燃气表具有功耗小、成本低、控制可靠、计量精确、安装方便、操作简单、可靠性高。其中一些方法在微型智能仪表及各类IC卡收费装置的设计中具有一定的借鉴价值。因此采用单片机研制的低功耗预付费智能燃气表具有广泛的应用前景。

摘要：低功耗预付费智能燃气表是以IC卡为收费载体,以单片机为测控核心的机电一体化装置。它可以实时采集燃气流量信号,控制用户用气情况,它具备实时显示剩余气量,声光报警,提示电池欠压,IC卡无效等功能,它是实现燃气预收费管理系统的基础。本论文的创新点表现在以下几个方面:1)基于低功耗设计原则,选用了低功耗的单片机和外围器件,并从软件方面进行优化,提高了电池使用寿命,便于预付费智能燃气表的推广使用;2)使用带硬件保密性能的逻辑加密卡,提高了系统的安全性;3)采用机电一体化的设计思想,完成了低功耗预付费智能燃气表样机的研制和调试,系统的可靠性和性能指标达到了设计要求。因此采用89C2051单片机研制的低功耗预付费智能燃气表技术先进、安全可靠,具有广泛的应用前景。

智能安全节能燃气灶设计 篇4

日常生活中,家庭烹饪会发生空烧现象。根据对200户普通家庭是否关火的习惯调查发现:22%家庭出菜不关火,58%家庭出菜偶尔关火,20%家庭出菜刷锅关火[1]。同时,在进行长时间烹饪的过程中有可能发生烧干锅现象。本文针对以上情况设计了一种安全的,智能火力调节的燃气灶模块。模块以MSP430低功耗芯片作为主控,根据声波测距模块返回的位置数据控制电磁阀以及支路系统的通断[2]。并以TMS320VC55X系列的实时处理DSP进行数据处理,对红外测温系统获得的温度数据进行滤波处理,判断是否出现干烧现象。本模块也具有自动进入休眠模式功能,若用户长时间不操作则自动进入休眠,降低功耗[3]。

1.系统结构设计

本模块共由五个部分组成:由MSP430单片机组成的主控模块,由TMS320VC55X系列处理器构成的数字信号处理模块,由电磁阀以及模拟开关组成的支路控制模块,由红外测温系统及声波测距系统组成的测量模块,由蜂鸣器组成的报警模块。系统结构设计图如图1所示。

2.硬件设计

2.1支路控制模块的设计

支路控制模块主体为特殊设计的支路系统,电磁阀和模拟开关TS3A23159。其中,特殊设计的支路系统由两路气路组成。第一支路由电磁阀1控制,属于小出气量支路;第二支路由电磁阀2控制,属于大出气量支路。当声波测距系统检测到锅离开灶台时,控制双路的模拟开关打开电磁阀1,关闭电磁阀2以减小火力。反之,则增大火力。

2.2测量模块

由红外测温系统和声波测距系统组成。其中红外测温系统采用MLX90614红外测温模块。它集成了低噪声放大器、16位ADC和数字信号处理芯片MLX90614,有高精度高分辨度。测温范围为-70℃到280℃。声波测距系统采用超声波测距。超声波测距系统有15度倾角,能避免在颠锅时火焰熄灭的危险。

2.3主控及信号处理器

主控采用MSP430G2553超低功耗单片机,采用专用的燃气灶电池并配合升压电路得到3.3V稳定电压。升压电路采用TPS63001的DC-DC转换芯片,能将3V直流电压转换为3.3V直流电压,效率高达96%。数字信号处理器采用TMS320VC5509A的DSP器件,此种系列的DSP具有低功耗,运算速度快等特点。

3.数据处理

由于需要对测得的温度信号进行数据处【理,我们采用DSP器件对温度数据进行数字滤

波得到温度数据,并判断是否关闭电磁阀。测得的温度数据见图2。

实验共测得5400组数据,补零后有6000组数据,每秒钟测得十组数据。我们选用切比雪夫Ι型滤波器。Fs=10Hz,Wp=1Hz,Ws=2Hz,Ap=1d B,As=60d B;由式(1)(2)。

可确定N=7,通过查表可以确定归一化系统函数为:

将系统函数去归一化可得到并利用冲激响应不变法可以得到数字化的系统函数:

滤波后得到图2的效果。由温度测量数据可以看出实测的水烧干的时间出现在4300点左右,即在250s时水烧干。经过滤波后可见水烧干的时间在4500点左右。可见误差:

即在水烧干约20s后可以关断电磁阀。

4.结束语

本文介绍了系统结构,软硬件设计。并着重从信号处理方面分析了该模块的防干烧的安全功能。多角度考虑,尽可能提升系统安全性。作为智能燃气灶的核心,主控系统的安全性必须满足国家要求,只有配备高可靠性的设备才能使安全得到保障。

参考文献

[1]中国民营科技实业家协会,《关于我国餐饮企业能源消耗和节能工作现状的报告和建议》.公用科技,2012:3-15

[2]王志国,《家用燃气灶具结构及性能分析》.科技情报开发与经济,2010:1-11

家用燃气泄漏智能报警系统研究 篇5

针对目前居家安防系统存在的问题,笔者提出一种基于无线通信和GSM移动通信的家用燃气泄漏智能报警系统［3 ～ 5］,对家用燃气浓度、烟雾浓度及室内温度等进行实时监测和双重报警,及早发现事故隐患,采取有效措施,避免事故发生,减少因燃气泄漏而造成的严重损失,具有重要意义。

1 智能燃气报警系统总体方案*

针对目前市面上燃气报警器在通信方式、安全系数等方面的不足,采用无线通信和GSM移动通信相结合的家用燃气泄漏智能报警系统,总体方案如图1 所示。系统包括图2 所示的本地实时监测模块( 发送方) 、远程集中监控模块( 接收方) ,并通过无线通信自组网和GSM移动通信网络构建燃气泄漏智能监控系统。系统采用无线通信传输数据方式,代替了繁琐的布线工序,减少因有线通信线缆故障而造成数据传输中断和出错。若存在燃气泄漏,该系统能第一时间通过GSM移动通信网络短信通知户主,并自动采取声光报警、自动开窗、智能通风及自动灭火等应急处理措施。同时通过无线通信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中,便于风险分析与评估。通过GSM移动通信网络和无线通信,实现了双重报警,提高了系统的可靠性,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,做到防患于未然。

2 系统硬件

2. 1 主控模块

主控芯片采用STC12C5A60S2 单片机,STC12C系列单片机是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051 单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度提高8 ~ 12 倍。内部集成MAX810专用复位电路,两位PWM,8 路高速十位A/D转换( 250K/s,即25 万次/s) ,它有高速、高可靠、低功耗、超低价、强抗静电和强抗干扰的优点。

发送站点主模块与接收站点主模块的电路设计分别如图3、4 所示,发送站点主模块中主要与无线模块( P1. 1 ~ P1. 6) 、ADC( P1. 0、P1. 7) 、串口( P3. 0 ~ P3. 1) 、声光报警( P3. 3、P3. 4) 、矩阵键盘( P2. 0 ~ P2. 7) 、液晶显示( P0. 0 ~ P0. 5) 、继电器( P3. 6、P3. 7) 相连接,接收站点主模块主要与无线模块( P1. 1 ~ P1. 6) 、声光报警( P3. 3、P3. 4) 、串口( P3. 0 ~ P3. 1) 相连接。

2. 2 无线通信模块

无线通信模块采用CC1101 无线收发模块,支持数据包处理、数据缓冲和突发数据传输,广泛应用于低功率遥感勘测、住宅和建筑自动控制、无线警报和安全系统、工业监测和控制及无线传感器网络等领域。在发送站点和接收站点都采用了CC 1101 无线收发模块,硬件设计如图5 所示,数据输入SI、输出SO引脚分别与P1. 6、P1. 7 相连,时钟输出引脚SCLK与P1. 5 相连,接口配置、芯片选择引脚CSN与P1. 2 相连,工作状态引脚GDO0、GDO2 分别与P1. 3、P1. 1 相连,实现无线通信模块与主控芯片的数据通信。

2. 3 串口通信模块

采用PL2303 USB转RS232 控制器,实现USB和标准RS-232 串行端口之间的转换,支持USB电源管理和远程唤醒协议,硬件设计如图6所示。数据接收引脚RXD与P3. 0 引脚相接,接收单片机发送过来的数据,数据发送引脚TXD与P3. 1 引脚相接,将数据发送到单片机。

2. 4 数据采集电路

MQ-5 是半导体气敏器件,它将可燃气体转换成控制信号输出。在其6 个引脚中,H-H是加热电极,通电后使气敏传感器内部保持一定的温度。当有可燃气体与它接触时,其A-B两端导电率就会改变,如果负载等相关条件确定时,随着可燃气体的成分和浓度的不同,则负载两端的变化亦是不同的。当可燃气体浓度越大时,负载两端电压的变化亦越大,而且不同种类的燃气电压变化大小也不同。RP是传感器灵敏度调节电位器,最好选用多圈电位器,可以比较精确地调整灵敏度,其电路连接如图7 所示,其输出接单片机内部AD转换的正负输入端,分别为单片机的P1. 0、P1. 7口。MQ-2 工作原理与之类似。

2. 5 液晶显示电路

该设计采用12864 液晶作为显示器件,具有低功耗、接口方式简单、取指令方便及人机交互图形界面友好等特点。单片机通过串行通信方式控制液晶显示器内各种数据信息,具体电路如图8 所示,片选CS、指令返回RET、指令选择RS分别接单片机的P0. 0、P0. 1、P0. 2 口,数字线SDA、时钟线SCL分别接单片机P0. 3、P0. 4口。

2. 6 GSM短信收发电路

该设计采用西门子的TC35 模块来实现短信发送功能。TC35 是一款双频900 /1 800MHz高度集成的GSM模块,它易于集成,可以在较短的时间内花费较少的成本开发出新颖的产品。该设计通过单片机串口发送AT指令来控制短信收发,具体电路如图9 所示。模块启动脚IGT接单片机P0. 7,串口接收RXD、串口发送TXD分别接单片机P3. 0、P3. 1 口。

3 系统软件

在keil C51 编程环境下,先初始化I/O口。对发送站点的软件设计,设置计数器1 和定时器2,单片机采集电压信号进行A / D转换成数字信号,A/D为STC12C5A60S2 内部模数转换器,判断转换成功之后的数字信号经过CC1101无线模块发送,采集到的脉冲信号通过计数器进行计数,然后通过CC1101发射模块发送,从而实现数据的采集和无线发送,多点数据采集与处理模块程序流程如图10所示。对接收站点进行软件设计时,先对液晶、无线模块进行初始化,再对页面进行控制,无线模块进行数据的接收,将得到的数据进行处理,再由液晶显示,并通过串口通信发送到上位机进行相应的处理与分析,判断燃气是否泄漏,若泄漏则启动报警系统,否则进入循环,其程序流程如图11所示。

4 结束语

智能燃气表 篇6

1 移动智能终端的发展

在20世纪末, 摩托罗拉A6188的出现正式宣告了移动终端的诞生。截至目前, 已经经历了17年的发展, 移动智能终端正在朝着高端化、智能化、数据化的方向发展。而随着这种新的跨越和发展, 新型的传感器也在逐渐地在终端中应用, 比如一些重力传感器、陀螺旋转仪以及光线传感器等装置, 都大幅提升了移动智能终端采集信息和数据的能力, 极大程度上满足了大部分行业的各种需求。在近些年来, 移动智能设备发展迅速, 安卓系统的数码相机、苹果公司推出的Apple Watch, 谷歌公司推出的谷歌眼镜, 这些高度智能化的设备标志着移动智能终端又迈上一个新台阶。

2 城市燃气行业引入移动智能终端的情况

当前城市建设正在不断加快, 城市能源供给的结构也在不断优化, 因此城市燃气的使用量越来越大。大多省会城市的燃气覆盖网能够达到数千公里, 用户体量超过百万。且相关的巡线、维修、抄表以及项目施工工程遍布整个城市的范围, 燃气企业通常也会给业务人员配备相关的移动智能终端, 目的是为了提升工作人员与用户之间的信息交互能力, 同时也为了提升服务的智能化程度。

2.1 移动办公

大多数情况下, 审批环节所耗费的时间相对较长, 因此很多企业都一直为此所困, 严重影响了企业的办公效率。而自从移动终端的OA系统引入之后, 能够大幅提升审批的效率和速度, 保证整个审批过程都能够遵守流程化标准化的管理[1]。同时, 还能够实现公文管理、财务辅助、项目管理、安全管理等流程的移动式流转, 从而保证企业的战略发展能够得到有效的落实, 进一步实现审批和办公的流程时间大幅缩短, 提高办公效率。

2.2 管线管理

在城市燃气行业的日常运营当中, 燃气管线的管理可以说是最重要的业务之一。而很多企业开始逐渐为员工配备GIS系统或者是巡检系统, 这些都是当前技术较为新颖的移动智能终端设备。引入这些设备的目的在于保证管理人员的日常工作能够有迹可循, 以便于制定出完善的巡检计划。同时, 还能够保证及时地发现安全隐患, 并将这些隐患进行实时的数据上传。而移动终端中的GIS系统则能够保证工作人员能够及时地将管线设施进行定位, 从而实现实际业务和管线数据的相互结合, 从而大幅提升管线安全管理工作的效率。

2.3 工程管理

在工程管理中, 进行移动终端的应用可以完成人员的及时签到和实时行为, 同时也方便了工程项目的质量检测, 使得工作人员能够针对工程的整改单进行实时的流转和跟踪。引入移动终端之后, 还能够对工程的进度进行监控和管理, 能够大幅提升施工工单的电子化程度, 同时也方便数据和信息的实时查询与竣工归档。

2.4 用户服务

移动智能终端在客户的服务工作中同样也发挥着不可或缺的作用。以抄表员为例, 他可以通过移动终端来发送指令, 从而使终端同小区的集中器进行有效的实时的链接, 这样就能够实现对所有无线电表的数据读取, 而且还能够通过这种链接系统针对那些账户和数据出现异常的用户们实现远程的关闭阀门处理, 这不仅极大程度上降低了抄表人员的工作量, 同时因为是电子数据抄表, 也保证了数据的真实性和可靠性[2]。

再以安检系统为例, 移动智能终端的引入大幅降低了信息、照片、档案等资料的录入工作量, 同时也减轻了安检和隐患排除的压力。安检员在完成安检工作之后, 可以及时地对资料和信息进行实时的上传, 而不需要内勤人员再次进行资料录入。此外, 安检人员还能够上传现场所记录的影像资料, 并且以视频的方式将客户签字确认的现场记录下来, 这就保证了安检工作的真实性, 实现可视化管理, 提升了安检工作的真实性和标准化。

3 移动智能终端的应用和合理化建议

3.1 选型参考

应从源头保证移动智能平台的选择正确, 这样才能更好地应用在城市燃气行业中。当前的移动智能终端市场, 主要存在3种操作系统, 分别是苹果公司的IOS系统、谷歌公司的安卓系统以及微软公司的Windows Phone系统。在这三种系统当中, 由于只有安卓系统属于开放性的系统, 更容易下载个性化的APP, 这也就使得安卓系统的市场占有率不断攀升。在燃气企业的移动智能终端选择中, 建议最好选择安卓端, 且一定要保证安卓的版本在4.0以上。

3.2 终端管理

应用过程中, 企业一定要保证员工使用规范, 防止信息泄露。有条件的企业可以采用MDM终端管理平台, 实现认证接入、监控、处理等环节的全设备生命周期管理。

4 结束语

在当前的城市燃气行业发展中, 移动智能终端已经成为了不可或缺的一个重要组成部分, 它能够大幅提升城市燃气行业的管理和生产水平, 提高其工作的效率。但是当前的城市燃气行业还没有对移动智能终端达到百分之百的应用, 因此还存在非常大的发挥空间。而移动智能终端自身的发展也会促进城市燃气行业的发展和改革。

参考文献

[1]陈峘, 程龙.浅谈移动智能终端在城市燃气行业的应用[J].城市地理, 2015, (24) .

智能燃气表 篇7

随着经济的快速发展, 城市建设步伐的不断加快, 近年来我国的燃气需求量快速上升。同时, 燃气中毒、爆炸事件频繁发生, 国家为此损失了不少财产和保贵的生命。据国内燃气事故简报统计, 2012年7月共发生事故113起, 2012年8月共发生事故113起, 2012年9月共发生事故107起, 2012年11月共发生事故67起, 90%以上是出于燃气泄漏原因所造成。

目前一般的燃气报警器功能单一, 仅能在自己家中报警, 当老人、儿童在家中独处时极为危险;或是手动复位阀门系统, 性能稳定性低;而大型的监控系统又价格不菲, 需专门的技术人员来管理, 不适用于家庭。

根据以上原因, 利用先进的物联网技术开发设计网络化、智能化、高可靠性的燃气智能监控系统对煤气使用进行24小时监测和控制, 可以减少甚至杜绝煤气事故的发生。

2 国内外研究现状

一些发达国家的城市大力推广甚至强制安装燃气报警器, 如日本东京、大阪、韩国首尔、德国汉堡等城市, 目前有80%以上的居民家庭安装各类燃气报警器。随着日本燃气应用的普及, 家用燃气报警器的研制、开发、销售发展迅速, 现在已有99.1%的燃气用户装上家用燃气报警器。家用燃气报警器在日本发展30余年来, 日本政府和生产企业大力推广家用燃气报警器的使用, 是燃气泄漏和爆炸等事故的事故率远远低于欧美国家的重要原因之一, 家用燃气报警器已成为家庭生活的必需品。

在我国大部分地区, 如北京、成都、哈尔滨、青岛、大连、石家庄、济南、武汉等城市, 针对燃气中毒事故也采取了相关措施, 部分地区甚至将安装燃气泄漏报警器以地方法规的形式予以规定, 近3年的结果显示, 这些地区的燃气事故正在逐年减少。燃气供应是一个特殊的行业, 国家相关规范标准和各地法规都对使用燃气的公共场所及密集场所做出了具体的规定并强制执行。在家用燃气方面, 国内部分省市明确规定新建住宅必须安装燃气泄漏安全保护装置。

3 系统设计与实现

利用先进的物联网技术打造智慧城市的社区建设, 可以解决政府最重视的社会管理问题, 促进经济社会可持续发展;解决群众最关注的民生问题, 提高百姓生活幸福感;提高社会服务供给和管理水平;促进社会管理服务模式创新;提高智慧城市社区管理水平的重要手段, 是加快城市信息化的内在需求, 是推动我国和谐社会建设的重要举措, 是惠及全民的工程, 满足社区居民的信息服务需求。

基于Zig Bee+GPRS通信方式设计的家用燃气智能监控系统, 是将燃气报警、物联网技术、远程监控紧密结合在一起的符合现代生活理念的安全、智能化的产品, 研究过程中在保证系统实用性的前提下, 实现智能化与安全的建设目标, 与“智慧城市”、“智慧社区”和“智能家居”接轨。

3.1 系统模型

基于Zig Bee+GPRS通信方式设计的家用燃气智能监控系统应结合无线传感器通信、GPRS通信、电子电路应用开发、单片机编程、数据库的应用、网络设备配置、上体控制软件开发、服务器管理、网页开发等方面的内容, 对Zig Bee+GPRS通信方式的家用燃气智能监控系统的需求进行调研分析与研究, 确定家用燃气智能监控系统的总体设计方案, 依据设计方案进行系统的开发与测试, 不断完善系统的设计与实现。

为了达到预期目标, 将燃气智能监控系统分为3部分。

3.1.1 家庭智能感知与应急控制

为保证家用燃气使用安全, 并且价格便宜, 安装一个以单片机为控制中心的控制系统, 主要包括燃气浓度检测传感器、报警信息装置、燃气电磁阀、Zig Bee无线传输结点等设备。燃气传感器24小时检测燃气浓度, 通过Zig Bee结点将数据送到社区控制中心, 如果燃气浓度大于安全值, 单片机控制中心将驱动报警信息装置, 关闭燃气电磁阀等安全措施进行及时响应处理。

3.1.2 社区自组无线网络控制

由于社区中居民相对集中, 但结构复杂, 布线困难且成本高, 在本设计中采用无线Zig Bee技术自组蜂窝网, 将每户人家的燃气传感器中的数据汇聚传输到社区的控制中心, 控制中心按照每个Zig Bee结点的ID号归类到用户数据库中, 以便社区值班人员及时查询和监控, 当燃气浓度超过安全值时发出不同级别的报警信息, 同时将数据上传到燃气控制中心。

3.1.3 互联网络控制

社区控制中心借助互联网, 将社区用户的数据库上传到燃气控制中心, 当燃气浓度超过安全值时发出不同级别的报警信息, 同时通过运营商的无线通信网络GPRS将相关信息发送到用户和燃气维修人员手机, 严重时发送到119 (消防中心) , 同时将该社区的主干燃气切断, 以便及时控制事故的发生。

控制模型具体如图1所示。

3.2 系统数据库

根据系统要求与功能的实现, 在本系统中设计3个数据表kzzd (传感器控制终端数据) 、sqkz (社区用户控制终端数据) 、rqzz (总体控制中心数据) , 数据表内部字段名称及数据表之间的关系如图2所示。

4 结语

基于Zig Bee+GPRS通信方式设计的家用燃气智能监控系统, 提供家居生活自动化、网络化与智能化, 适用于大部分的居住楼房, 该设计与物联网知识紧密结合, 本着为人们的生命财产提供保障的理念, 成本低、无污染, 设计的燃气智能监控系统在市场上具有很大的前景及使用意义, 为人们的生命财产提供了保障, 实现智能化与安全的建设目标, 与“智慧城市”、“智慧社区”和“智能家居”接轨。

参考文献

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[2]杨晓辉, 谷学汇, 于大海, 欧国庆.基于GPRS的燃气信息采集控系统的设计[J].科技资讯, 2010, 36.

[3]何明星.基于ZigBee与GPRS技术的无线传感器网络网关的设计[J].工矿自动化, 2009, (08) .

[4]苗连强.基于GPRS煤矿安全远程监控系统设计[J].煤矿安全, 2010, (06) .

[5]谭章禄, 史后波, 方毅芳.物联网技术在煤矿可视化管理的应用研究[J].煤矿机械, 2012, (08) .

[6]ZigBee技术借物联网异军突起.物联中国.

[7]ZigBee技术在智能公交系统中的应用.中国安防行业网.

[8]物联网感知层的IPv6协议标准化动态.物联网开发论坛.

[9]ZigBee技术详细解析.物联网.

智能燃气表 篇8

随着科技的进步,能源消耗结构趋向多样化,其中油、气燃料作为优质、高效、环保型清洁能源,有着广阔的应用前景。在一些发达国家,石油和天然气在能源消耗中约占60%,成为第一能源。其中,燃油燃气锅炉已经占有相当大的份额。燃油、燃气锅炉的燃烧效率高、体积小、无尘和噪声低,并且适合于自动控制,性能调节灵活,运输方便。我国有十分丰富的天然气资源,预计储量占全球天然气预计储量的10%左右。因此推广燃气锅炉在我国具有广阔的发展前景。但是,目前在运行中还存在很多问题,如燃烧效率低、自动化程度低、热效率低、价格高等,使燃气锅炉的推广应用受到很大限制。设计高效、安全的锅炉,提高锅炉的自动化水平是燃气锅炉的关键问题。

1 锅炉系统结构

燃气热水锅炉组成及流量控制如图1所示。

燃气热水锅炉主要包括六部分:锅炉本体(热交换部分)、燃气供应系统、液位控制系统、点火系统、安全系统和燃烧控制系统,其中最主要的是燃气供应系统和燃烧控制系统。本文重点介绍燃烧控制系统的设计方法。

2 控制方案的确定

燃气锅炉是一个多输入、多输出、多回路和非线性的相互关联的对象,调节参数与被调节参数之间存在着许多交叉影响。如,当锅炉负荷变化时,所有的被调量都会发生变化。而且改变任一个调节量时,也会影响到其他几个被调量。因此,理想的锅炉自动调节系统应该是多回路的调节系统。但这种调节系统十分复杂,其数学模型仍是半经验性的,是经过许多假定与简化推导得出的,无法应用到实际的控制系统中。目前实际解决锅炉自动调节的方法是:将锅炉当作几个相对独立的调节对象所组成,相应地设置几个相对独立的调节系统,即锅炉给水自动控制系统、燃气锅炉安全连锁保护系统、锅炉燃烧自动控制系统等。

本设计将燃气热水锅炉燃烧系统视为三输入三输出系统,输入量为给水量、燃气量和送风量;输出量为出水口压力、出口温度和炉膛压力。

根据系统结构特点和控制要求,本设计控制算法采用模糊控制算法。模糊控制系统不依赖于系统精确的数学模型,特别适宜于较复杂的系统;模糊控制系统的鲁棒性强,适应于常规控制难以解决的非线性、时变及滞后系统。模糊控制器的设计采用二维模糊控制器,即以误差、误差的变化率作为输入,其控制规则如表1所示。

表1共包括49条规则,输入量误差E和误差的变化EC的分割数都为7。表中所示的规则依次为:

R1: If E=NB and EC=NB or EC=NM or EC=NS or EC=O then U=PB

R2: If E=NM and EC=NB or EC=NM or EC=NS then U=PB

R3: If E=NS and EC=NB or EC=NM then U=PB

……

Rn: If E=PB and EC=PB or EC=PM or EC=PS or EC=O then U=NB

3 控制系统结构设计

为了对多台锅炉实施集中监控,控制系统采用上位机微机监控与下位单片机数据采集相结合的控制方案。燃气热水锅炉智能控制系统由上位计算机(IPC)通过串口与下位机进行通信,将单片机从现场采集的各项系统运行参数的信号值实时上传至IPC进行处理和运算,通过IPC软件实现监控系统实时运行、人机交互和实时控制。

控制系统整体结构如图2所示。

4 系统硬件电路设计

在该系统中,上位机由一台微型计算机组成,其实时监控软件主要是实现控制系统的参数设置、工况显示、运行控制、数据统计、历史记录查询和报表等功能,它实时接收各下位机采集的温度和其他运行数据,记录各台锅炉的运行情况,全面监控锅炉控制系统的整体运行状况。上位机与主控单片机之间通过RS-232接口进行通讯,主控单片机负责控制各个节点进行数据采集。

下位机控制系统是由主控单片机、节点单片机(#1～#8)、软件及其外围部件构成。其中,每一节点单片机组成单台锅炉控制器,它以“一机一台”的方式自动控制单台锅炉的运行。通过采集单台锅炉的炉水出口温度、液位等热工参数,根据设定的程序对燃烧器、循环泵和电磁阀等各种外围设备进行控制,保证单台锅炉稳定、安全和经济的运行,同时通过主控单片机定时向上位机发送锅炉的工况数据,接收并执行上位机发送的控制指令,实施实时监控与智能控制。下位机控制系统结构电路图如图3所示。

5 控制系统软件设计

控制系统软件设计包括上位机软件设计和下位机软件设计。上位机采用VB编程主要完成参数设置、系统测试、数据显示等功能,采用中断工作方式。

下位机采用结构化程序设计,分为主程序和多个应用子程序。主程序完成逻辑控制、故障检测和显示功能,其流程如图4所示。

子程序主要完成温度控制、故障报警、模糊运算与推理、循环泵控制、系统通信等功能。以温度控制子程序为例,其子程序流程如图5所示。

6 结语

本设计以具有发展前景的燃气锅炉作为控制对象,采用具有人工智能的模糊控制算法对控制参数进行优化设计,实现了锅炉控制的智能化,提高了锅炉控制的自动化水平,锅炉运行性能较之传统设计有很大提高。仿真结果表明,基于模糊控制的燃气锅炉控制系统,无论在系统控制精度和鲁棒性方面都优于传统锅炉控制系统。

摘要：针对锅炉燃气控制系统中存在的问题,提出了基于模糊控制的燃气锅炉控制系统设计方法,设计了燃气热水锅炉的智能控制方案,阐述了模糊控制系统的实现方法。以燃烧控制系统为例具体介绍了控制系统的设计方法,对下位机的硬件电路和软件系统进行了详细设计。仿真结果证明,该系统具有良好的动态和稳态性能。

关键词：模糊算法,燃气锅炉,智能控制

参考文献

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