導語：家用燃氣管道防泄露裝置設(shè)計研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

燃氣管道的普及使我們的生活變得十分方便，但同時也讓我們的生活中多了很多危險。燃氣管道中的甲烷或一氧化碳雖然是十分好的燃料，但其化學性質(zhì)很不穩(wěn)定。一旦在我們的居家環(huán)境中發(fā)生泄露，將會造成極大的危害。在最近一年內(nèi)，整個中國有記錄的燃氣事故有539起，這些事故造成了大量的人員傷亡，其中居家環(huán)境下的燃氣泄漏事故有337起，每年由于燃氣泄漏事故造成的經(jīng)濟損失更是難以估計的。燃氣管道泄露事故的頻頻發(fā)生，其本質(zhì)原因是絕大多數(shù)燃氣管道沒有燃氣泄漏檢測裝置和燃氣泄漏應急處理裝置。本設(shè)計就是給家用燃氣管道上加裝上述兩種裝置已達到減少燃氣泄漏事故的目的。本設(shè)計主要由燃氣泄漏監(jiān)測模塊，燃氣泄漏報警模塊，燃氣泄漏應急處置模塊，控制模塊和物聯(lián)網(wǎng)模塊組成。整個設(shè)計可以在燃氣發(fā)生泄露時主動進行聲音報警以提醒室內(nèi)人員盡快撤離，同時該設(shè)計中的物聯(lián)網(wǎng)模塊也會向用戶的手機端發(fā)送燃氣泄漏的信息，從而達到用戶遠程監(jiān)控燃氣泄漏情況的目的，該系統(tǒng)還可以通過電控閥門模塊關(guān)閉入戶燃氣管道總閥門并通過排風扇迅速排除燃氣，從而達到阻止進一步燃氣泄漏的目的。該設(shè)計對于保護我們在居家環(huán)境下的安全，有著重要的意義。

1.系統(tǒng)總體方案設(shè)計

本系統(tǒng)以51單片機作為控制裝置，采用多個氣體傳感器監(jiān)測室內(nèi)的燃氣濃度，燃氣濃度一但超過安全范圍，氣體傳感器就會將這一信息反饋給單片機，單片機接到信號后便會通過控制物聯(lián)網(wǎng)模塊向用戶手機發(fā)出警告信息，通過控制報警裝置對室內(nèi)人員進行報警，通過控制電動閥門切斷室內(nèi)的燃氣供應，通過控制排風扇排出室內(nèi)已經(jīng)泄露的燃氣。做行業(yè)曲線linkindustryAppraisement可替代度影響力可實現(xiàn)度行業(yè)關(guān)聯(lián)度真實度到了對燃氣泄漏問題的全自動化的處理，極大節(jié)省了人力物力。整個系統(tǒng)的電路系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2.系統(tǒng)控制模塊的選用

本設(shè)計主要應用于我們?nèi)粘５木蛹噎h(huán)境，因此在選擇控制芯片時不僅要考慮其計算能力，還要考慮其價格是否能被大多數(shù)人接受，要盡量選擇物美價廉的芯片。通過對本設(shè)計中需要處理的數(shù)據(jù)量的估計，數(shù)據(jù)計算量主要來自傳感器模塊和物聯(lián)網(wǎng)模塊，并且需要處理的數(shù)據(jù)量不是很大。經(jīng)過綜合考慮，出現(xiàn)在20世紀90年代的STC89C52單片機成為本設(shè)計的首要選擇，該芯片是由STC公司研制的一款芯片，擁有8位的處理器，雖然與16位和32位處理器相比其運算能力會弱不少，不過它的價格遠遠低于它們，功耗也比較低，并且8位的處理器完全可以滿足本設(shè)計的數(shù)據(jù)處理需要，綜合分析該型芯片對于本設(shè)計有著極高的性價比。該芯片的集成度很高，可以直接通過數(shù)據(jù)線與電腦鏈接，通過電腦便可完成程序的測試和燒錄，無需其他設(shè)備，極大地方便了使用人員，并且該型芯片還有著很強的擴展能力，其共有40個引腳可供外部設(shè)備連接，滿足本設(shè)計的需求。該芯片也有著較高的可靠性，可以滿足在廚房這種高油煙，高溫環(huán)境下的使用需求。并且其還有著較高的抗干擾性能，可以滿足在廚房環(huán)境的強電磁干擾下工作的需要。在本系統(tǒng)的設(shè)計過程中，STC89C52芯片的調(diào)試過程分為兩個步驟：（1）在Windows端的Keil開發(fā)平臺上設(shè)計所需程序；（2）將設(shè)計好的程序燒錄到STC89C52芯片上。完成上述的兩個步驟，本系統(tǒng)所需要的STC89C52芯片便可以投入使用了。由于篇幅限制，本系統(tǒng)的程序便不在這里贅述了。

3.系統(tǒng)傳感器模塊的選用

整個系統(tǒng)的性能如何取決于傳感器，它相當于整個系統(tǒng)的探測裝置，其精準與否直接決定了系統(tǒng)能否正常工作。當然兼顧精準性的同時還要考慮其經(jīng)濟性。目前市場上常見的氣體傳感器的種類有很多，其中紅外氣體傳感器和半導體氣體傳感器可以有效地探測燃氣泄漏。紅外氣體傳感器有著較強的測量精度，并且不容易因為外界因素而損壞，選擇性好，使用壽命長，不容易被外界因素影響其精度等諸多優(yōu)點。也正是由于他的性能過于優(yōu)異，所以其技術(shù)難度大，在目前的氣體傳感器市場內(nèi)，其還存在著技術(shù)壁壘，因此它的成本很高。半導體傳感器是應用比較廣泛的傳感器，有著很大的市場份額，這類的傳感器的成本比較低廉。半導體傳感器也分為多種類型，經(jīng)過對不同種類性能的分析，其中以Pt-SnO2為傳感材料的電導型表面敏感氣體傳感器對CO，CH4等氣體的監(jiān)測效果良好，綜合價格因素，最終本設(shè)計選擇該型傳感器作為整個系統(tǒng)的傳感器模塊使用。

4.系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)模塊的選用

該系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)模塊主要有ESP8266芯片和云服務器和手機移動APP構(gòu)成，以此來實現(xiàn)用戶隨時隨地監(jiān)控家中的燃氣濃度是否超標的目的。Espressif公司研發(fā)的ESP8266EX是一款可以進行物聯(lián)網(wǎng)編程的芯片，從它被研發(fā)出來的那天起，它就被廣泛地應用于物聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)當中。ESP8266是由Ai-thinker公司在ESP8266EX的基礎(chǔ)上開發(fā)而來的，該型芯片可以實現(xiàn)云服務，實現(xiàn)與移動端（手機APP）之間的實時數(shù)據(jù)交互。ESP8266擁有三種工作模式可以供使用者選擇，分別是STA模式、AP模式和STA+AP模式。在第一種模式下，該芯片直接與WIFI（無線網(wǎng)絡）相連接，從而通過WIFI（無線網(wǎng)絡）接入網(wǎng)絡，手機通過網(wǎng)絡對該芯片進行實時的數(shù)據(jù)交互；在第二種模式下，將該芯片作為熱點，手機連接該芯片熱點實行對該芯片的局域網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)實時交互；第三種模式，是上述兩種模式的結(jié)合，既可以使用第一種模式實現(xiàn)手機與芯片之間的信息交互，也可以使用第二種模式實現(xiàn)手機與芯片間的信息交互，有著極高的靈活性，實現(xiàn)了通過互聯(lián)網(wǎng)進行信息傳輸和通過局域網(wǎng)進行信息傳輸?shù)撵`活切換?？紤]到本設(shè)計的應用環(huán)境大多為遠距離操作，因此本設(shè)計采用了STA模式進行設(shè)計。數(shù)據(jù)交互的實現(xiàn)需要軟件和硬件的相互配合，二者缺一不可，該系統(tǒng)的軟件部分由EMQX、InfluxDB、以及手機APP構(gòu)成，硬件部分由ESP8266構(gòu)成。EMQX是一種高性能的物聯(lián)網(wǎng)MQTT消息中間件，主要負責數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，是數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)站；InfluxDB是一種時序數(shù)據(jù)庫，在本設(shè)計中需要存貯的數(shù)據(jù)量比較大，并且需要將數(shù)據(jù)按照采集周期進行上報，數(shù)據(jù)的存儲需要按照一定的時間序列，因此本設(shè)計使用時序式數(shù)據(jù)庫是比較好的選擇，它可以高效的處理本設(shè)計中的數(shù)據(jù)。手機APP可以通過不同的配置將查詢采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過整理統(tǒng)計后展示給用戶。整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互的流程如下：ESP8266將傳感器收集到的數(shù)據(jù)通過MQTT協(xié)議上傳到EMQX，數(shù)據(jù)通過中轉(zhuǎn)站EMQX的中轉(zhuǎn)進入InfluxDB中，InfluxDB將數(shù)據(jù)進行分類儲存并最終呈現(xiàn)在手機APP上。

5.系統(tǒng)應用前景

截至目前，我國家庭住戶已達到5.3億戶，這其中約有1.5億使用天然氣的住戶。根據(jù)調(diào)查這些住戶里面絕大多數(shù)沒有安裝燃氣泄漏保護裝置，這也是每年我國都有大量因燃氣泄漏造成重大事故的原因?，F(xiàn)有的燃氣泄漏保護裝置只有監(jiān)測報警功能，并不能從本質(zhì)上解決燃氣泄漏的問題。本設(shè)計運用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使用戶可以隨時隨地的監(jiān)控家中燃氣情況。燃氣一旦發(fā)生泄露，該設(shè)計可以做到主動關(guān)閉燃氣閥門，并且通過排風扇將泄露的燃氣排到室外。做到了燃氣泄漏保護的自動化。目前國內(nèi)的同類設(shè)計比較少見，因此該設(shè)計在未來具有很好的市場應用前景。

6.結(jié)語

本設(shè)計以解決居家環(huán)境下的燃氣泄漏問題為目的，使用氣體傳感器，51單片機，電控閥門，排風扇，報警器等硬件設(shè)備結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)了對居家環(huán)境下的燃氣濃度的監(jiān)測和對燃氣泄漏的保護。本設(shè)計著重介紹了市面上主要的氣體傳感器，我相信氣體傳感器在未來我們的日常生活中會隨處可見，它對于保護我們居家環(huán)境的安全有著重要的意義。本設(shè)計所有原件的選用都是在滿足基本使用要求的前提下，兼顧了經(jīng)濟性和可靠性。因此整個設(shè)計的成本不會過高，這也是為了保證廣大用戶的利益。本設(shè)計的亮點在于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實現(xiàn)，在文中也著重地介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實現(xiàn)過程。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是目前的前沿技術(shù)，尤其是在智能家居領(lǐng)域。筆者水平有限，有些不足的地方，望見諒。

作者：王宇 單位：佳木斯大學