一种城市地下燃气管道监测系统
技术领域
本发明属于智能电气设备监测领域，具体涉及一种城市地下燃气管道监测系统。
背景技术
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；并且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。同时陈旧的地下管道检测的数据并不能及时反馈给实际的用户。
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(Supervisory ControlAnd Data Acquisition)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。对于实时数据监测也越来越重视。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种城市地下燃气管道监测系统，解决了现有技术中存在维修起来较为困难，传输效率低，精度低的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种城市地下燃气管道监测系统，包括数据采集模块、数据传输模块、主控处理器、集中器，所述数据采集模块由分布在地下燃气管道上的多个监测节点的检测传感器组成，
所述数据采集模块的检测传感器包括气体传感器和气体压力传感器，所述气体传感器采集地下燃气管道上的气体浓度信号、所述气体压力传感器采集地下燃气管道上的负压波信号；
所述数据传输模块包括LoRa网络和NB-IoT网络，所述监测节点上的主控处理器通过LoRa网络与集中器长距离通讯，同时集中器与监测云平台通过NB-IoT网络进行远程通讯；
所述主控处理器接收并检测监测节点上的气体浓度信号，通过LoRa网络无线传输至集中器；
同时采用负压波检测法对监测节点上负压波信号异常的位置进行定位并确定泄漏源，最后将燃气的泄漏以及泄漏源信息通过NB-IoT网络无线传输至监测云平台。
进一步的，所述主控处理器接收到气体浓度信号后通过内部的A/D转换器转化为数字信号，随后数字信号与主控处理器内比较器的阈值进行比较，当数字信号的数值超过比较器内的阈值时，则判定燃气管道周围的环境信号为燃气泄漏，并将数字信号通过LoRa网络无线传输至集中器，同时将处理过的信号通过NB-IoT网络无线传输发送到监测平台。
进一步的，所述气体压力传感器将采集到的负压波信号通过LoRa网络无线传输至集中器，在集中器中采用负压波法进行泄漏点定位，并通过LoRa网络无线传输至集中器，最后在监测云平台显示泄漏点的位置，并发送燃气泄漏信息至用户手机端。
进一步的，所述负压波检测法在进行检测时，利用小波去噪原理进行去噪分离负压波，同时采用改进互相关分析法定位泄漏源。
进一步的，所述主控处理器将地下燃气管道的监测节点检测的信息都接入集中器，所述集中器通过NB-IoT网络将采集的信息直接发送到NB-IoT基站，再通过NB-IoT基站将数据采集模块采集到的信息传送到监测云平台。
进一步的，所述气体传感器的型号为M-Q5气体传感器、所述气体压力传感器的型号为HK201气体压力传感器。
进一步的，所述主控处理器为STM32F103C8T6型处理器。
进一步的，所述数据采集模块、数据传输模块、集中器通过外接的电源模块提供电能。
本发明的有益效果：
1、本发明提供的LoRa网络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网络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网络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网络和NB-IoT网络两大物联网技术的优点能提高经济效益且大大节约成本。
2、本发明提供的OneNET设备监测云平台可实现监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，对来自智能终端的多并发数据流进行数据的存储与转发。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的系统总体工作结构示意图；
图2是本发明实施例的监测节点结构示意图；
图3是本发明实施例的集中器节点结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供一种城市地下燃气管道监测系统，数据采集模块、数据传输模块、主控处理器(选用处理器STM32C8T6)、集中器，并通过外接的电源模块供电，数据采集模块由分布在地下燃气管道上的多个监测节点的检测传感器组成，其中数据采集模块的检测传感器包括M-Q5型气体传感器和HK201型气体压力传感器，M-Q5型气体传感器采集地下燃气管道上监测节点部位的气体浓度信号、HK201型气体压力传感器采集地下燃气管道上监测节点部位的负压波信号。
如图2所示，监测节点上的M-Q5型气体传感器和HK201型气体压力传感器通过LoRa网络与集中器长距离通讯。监测节点上的数据采集模块将采集到的气体传感器数据传输至处理器STM32C8T6，处理器STM32C8T6接收到气体浓度信号后通过内部的A/D转换器转化为可识别的数字信号，随后数字信号与处理器STM32C8T6内比较器的阈值进行比较，当数字信号的数值超过比较器内的阈值时，则判定燃气管道周围的环境信号为燃气泄漏，并将数字信号通过LoRa网络传输至集中器。此时监测节点的管道上气体压力有所变化，通过HK201型气体压力传感器检测气体压力变化，并将处理后的压力数据通过LoRa网络传输至集中器。
如图3所示，集中器同时与LoRa网络、NB-IoT网络、时钟电路、复位电路和JTAG接口连接，主要承担数据融合和协议转换功能，将NB-IoT网络与集中器结合作为网关进行信号传输。处理器STM32C8T6将地下燃气管道的监测节点检测的信息都接入集中器，并在处理器STM32C8T6中进行泄漏源的定位，然后通过NB-IoT网络将信息直接发送到NB-IoT基站，再通过NB-IoT基站将泄漏信息和泄漏源位置信息传送到OneNET监测云平台及用户终端设备中。
采用中国移动物联网公司设计的OneNET云平台作为监控平台，监测云平台可实现监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。
综上所述，本发明提供的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。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
