一种城市地下燃气管道监测系统技术方案

本发明专利技术设计了一种城市地下燃气管道监测系统，包括监测终端、无线传输模块和实时通讯监测设备。通过传感器采集气体浓度和负压波信号数据，经过STM32C8T6处理器进行数据融合，采用改进互相关分析法定位泄漏源，将处理后的数据通过LoRa无线模块传输给地面集中器模块，集中器将不同检测节点检测的数据进行融合，再将数据通过NB‑IoT无线通讯模块传输到OneNET云平台和终端设备中进行显示。当发生燃气泄露时，通过报警显示和发送报警短信及时通知监测中心的工作人员处理。设计原理是地下利用LoRa的无线模块优秀的抗干扰和信号穿透能力进行通讯来保证信号的稳定性。地上通过NB‑IoT模组来实现数据的上传和用户之间的互通，使用物联网平台方便产品的更新、调整以及预检修。

A Monitoring System for Urban Underground Gas Pipeline

【技术实现步骤摘要】
一种城市地下燃气管道监测系统
本专利技术属于智能电气设备监测领域，尤其是涉及城市地下燃气管道监测系统装置。
技术介绍
城市地下燃气管道泄漏检测中常用的现场总线技术包括CAN总线、LonWorks总线等，采用总线通信方式系统的传感器和线路固定后，将不再便于更改且成本高，施工复杂，维修起来较为困难；长距离的有线通信线路的抗干扰能力较差从而降低了整个系统的稳定性和可靠性且总线通信方式容易被人为有意或无意的损坏从而降低了系统的安全性。随着计算机、物联网、嵌入式、无线通讯等技术的迅速发展,基于SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition)系统即数据采集与监视控制系统进行实时数据采集的泄漏检测技术逐渐发展为检漏技术的主流和趋势。本系统利用先进的新型物联网技术，采用无线通讯技术实现无线网络的接入，通过结合工作环境对多种无线传输技术的分析，选用LoRa无线模块和NB-IoT无线通讯模块用于城市地下燃气管道泄漏系统中地下和地面的无线通讯模块，来确保电气装置的安全运行，降低安全事故意义重大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种城市地下燃气管道泄漏网络化监测系统，可以解决传统城市地下燃气管道监测在安全性和可靠性上的难题。为达到上述目的本专利技术解决其技术问题采用的的技术方案是：整个监测系统由硬件和软件两大部分组成。硬件方面采用STM32F103C8T6作为MCU主控处理器；采用中国移动物联网公司设计的OneNET设备云平台作为监控平台；采用两大低功耗无线通讯技术LoRa和NB-IoT作为通讯系统；使用MQ-5气体传感器和HK2011气体压力传感器作为数据采集装置。所述的地下燃气管道监测根据燃气管道实际运行情况，在管道上加入检测传感器检测气体浓度和负压波信号，并采用次声波检测方法对管道泄漏源进行定位，利用小波去噪原理进行去噪分离负压波，采用改进互相关分析法定位泄漏源。监测节点和集中器之间通过LoRa网络进行长距离通信，集中器和物联网平台通过NB-IoT网络进行远程通讯。燃气管道发生泄露时，上位机OneNET设备云平台显示泄漏点的位置并发送短信给用户手机燃气泄漏信息，及时迅速的处理燃气泄露以保证人员安全和减少经济损失。监测节点由主控芯片STM32F103C8T6、LoRa通信模块、M-Q5气体传感器、HK2011气体压力传感器、电源模块、时钟电路、复位电路和JTAG接口组成主要实现数据采集处理功能，所采用的LoRa技术具有通讯距离远，抗干扰能力强，整个LoRa模块具有超低功耗，功率密度集中的优势。故在地下LoRa模块能够更好地传输主控单元处理的信号。即与STM32C8T6通过串口连结，然后将检测节点采集到的数据通过LoRa无线通讯模块传输到STM32C8T6中进行处理并将处理过的信号通过无线传输发送到下一个节点。集中器节点由主控芯片STM32F103C8T6、LoRa通信模块、NB-IoT通信模块、电源模块、时钟电路、复位电路和JTAG接口组成，主要承担数据融合和协议转换功能，地面通讯采用NB-IoT技术进行实时通讯，NB-IoT无线通信技术拥有低功耗、低成本、覆盖广、多连接等优点，在同样的频段下，NB-IoT比现有的网络增益20dB，覆盖面积扩大100倍；NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接；NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年；地下LoRa通讯模块通过无线传输将数据传送至地面集中器节点，集中器模块主要由LoRa模块、NB-IoT模块和STM32C8T6组成，集中器主要承担数据融合和协议转换功能，将地下燃气管道的检测节点都接入集中器模块，模块与控制器采用串口连接通讯并将信息直接发送到NB-IoT模块基站，再通过NB-IoT基站将检测模块采集到的信息传送到OneNET设备云平台及用户终端设备中。OneNET设备云平台可实现检测节点的快速且准确的接入，实现数据传输、数据存储、数据管理等完整的交互流程平台，还可满足基于物联网技术的各种智能硬件设备的开发，可实现多种网络协议的接入，同时还是一款大数据服务分析平台，可对来自智能终端的多并发数据流进行数据的存储与转发。本专利技术的有益效果：LoRa无线通讯技术可提高城市地下燃气管道复杂工作环境的传输效率和精确度，降低安全事故率；利用LoRa组网提高信号传输的覆盖面积且监测人员可在监测中心精确掌握地下燃气管道的工作状况，并能及时进行管理；NB-IoT模块用户与子系统的联系和交流，方便了维修和突发情况处理的同时且减少了功耗和开销；结合LoRa和NB-IoT两大物联网技术的优点能提高经济效益且大大节约成本。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步具体说明。图1为系统总体工作结构图。图2为监测节点结构图。图3为集中器节点结构图。图4为监测节点部分电路接线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明，该描述仅仅用以解释本专利技术。如图1所示，本专利技术利用传感器采集城市地下燃气管道周围环境信息传输到STM32处理器，通过STM32控制器的A/D转换将模拟信号量转换成数字信号量，进行数字信号处理，将其与设定阈值进行比较，从而判断是否有燃气泄露，进而利用改进互相关分析法定位泄漏源，STM32使用USART串口控制LoRa将泄漏源信息传输到地面集中器，集中器使用USART串口控制NB-IoT将泄漏源信息传输到基站，基站将数据传输到OneNET云平台和终端设备中处理数据调控，实现用户和子系统的互联，用户可以实时监测设备的运行状况并进行预判定。如图2所示，在电气设备内部通过传感器进行数据采集并将数据传输到MCU处理器中采用改进互相关分析法定位泄漏源，并将泄漏源信息通过串口传输到LoRa模块进行无线通讯。其核心在于传感器对数据的采集和STM32C8T6对数据的处理，经过串口传输给工作在唤醒模式的LoRa模块，LoRa传输到LoRa组网关进行数据传输。如图3所示，地面工作采用NB-IoT技术进行无线数据传输，将NB-IoT与处理器STM32C8T6结合作为网关进行信号传输。如图4所示，监测节点传感器的数据采集模块部分电路接线图。上述结合附图对本专利技术的具体实施方式进行了描述，但并非对本专利技术保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本专利技术的技术策略方案的基础上，本领域技术人员即可做出各种修改或变形仍在本专利技术专利的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.根据权利要求1所述的一种城市地下燃气管道监测系统，其特征在于：所述的地下燃气管道监测根据燃气管道实际运行情况，在管道上加入检测传感器检测气体浓度和负压波信号，并采用次声波检测方法对管道泄漏源进行定位，利用小波去噪原理进行去噪分离负压波，采用改进互相关分析法定位泄漏源。

【技术特征摘要】
1.根据权利要求1所述的一种城市地下燃气管道监测系统，其特征在于：所述的地下燃气管道监测根据燃气管道实际运行情况，在管道上加入检测传感器检测气体浓度和负压波信号，并采用次声波检测方法对管道泄漏源进行定位，利用小波去噪原理进行去噪分离负压波，采用改进互相关分析法定位泄漏源。2.根据权利要求1所述的一种城市地下燃气管道监测系统，其特征在于：所述的监测节点和集中器之间通过LoRa网络进行长距离通信，集中器和物联网平台通过NB-IoT网络进行远程通讯。燃气管道发生泄露时，上位机OneNET设备云平台显示泄漏点的位置并发送短信给用户手机燃气泄漏信息，及时迅速的处理燃气泄露以保证人员安全和减少经济损失。3.一种城市地下燃气管道监测系统，其特征在于：整个监测系统由硬件和软件两大部分组成。硬件方面采用STM32F103C8T6作为MCU主控处理器；采用中国移动物联网公司设计的OneNET设备云平台作为监控平台；采用两大低功耗无线通讯技术LoRa和NB-IoT作为通讯系统；使用MQ-5气体传感器和HK2011气体压力传感器作为数据采集装置。4.根据权利要求1所述的一种城市地下燃气管道监测系统，其特征在于：所述的监测节点由主控芯片STM32F103C8T6、LoRa通信模块、M-Q5气体传感器、HK2011气体压力传感器、电源模块、时钟...

【专利技术属性】
技术研发人员：张梅，胡雪雪，许桃，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34