一种危险气体检测预警处理方法、装置、设备及终端与流程

1.本发明属于危险气体泄漏预警技术领域，尤其涉及一种危险气体检测预警处理方法、装置、设备及终端。


背景技术：

2.近年来，随着国家科学的发展，可燃气体被广泛应用在人们的日常生活和工业制造中，慢慢成为了人们生活和生产中的不安全隐患。在危险气体的传输和使用过程中，如西气东输工程及家用燃气等，因传输管道密封性不好或者设备老化会导致危险的气体泄漏。在环境中，危险气体浓度超过一定值。若产生明火或电火花，将引起火灾、爆炸等重大事故。危险气体有其自身的爆炸触发浓度值，可引起一定浓度范围内的爆炸。因火灾或爆炸会产生非常大的危险，很难控制其损坏范围。一旦它发生，它将造成巨大的生命和财产损失。这就要求在危险气体泄漏的情况下，实时检测到危险气体，并及时发出报警信息。安装快速有效的措施，尽量减少危险气体泄漏造成的不必要损失，避免巨大的财产损失和人员伤亡。
3.居民日常生活中如果安装一个危险气体检测预警装置，实时监测生活环境中危险气体含量的变化，检测到的气体浓度若高于所设置的阈值浓度就会发送短信提醒用户进行及时、有效的补救措施，这样能够很好地预防因危险气体大量泄漏而引发火灾、爆炸等一系列危险事故避免大量的人员伤亡和财产损失。浓度阈值设定的气体探测装置通常是由添加一定的安全系数的基础上下限的危险气体，所以危险气体泄漏检测的第一个任务是预测危险的空气中气体含量的分布，实时地监测环境中危险气体的浓度，并当含量超过所设安全阈值之后发出预警信号。
4.专利授权公告号cn 104103155 b，名称为“一种油气危险源分级预警系统”的中国专利公开了一种油气危险源分级预警系统，该系统只在气体检测层面进行研究，而随着我国嵌入式技术及物联网技术的发展、gprs网络和wifi通信的普及，将危险气体检测融入网络成为时代发展的新趋势。如何既能实现危险气体监测预警又能同时实现对泄漏装置做出有效处理措施将成为气体报警器的重点研究课题之一。
5.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有油气危险源分级预警系统只在气体检测层面进行研究，而未考虑将危险气体检测融入网络，无法实现危险气体监测预警的同时实现对泄漏装置做出有效处理措施。
6.解决以上问题及缺陷的难度为：随着化工业的快速发展，危险气体遍布在大街小巷，与人们的生活息息相关，极大威胁着我们的安全，而局域网络传输距离有限且易受信号干扰。因此，如何将可靠信号远距离传输应用在危险气体检测预警处理系统中，保证在响应设备做出反应后尽可能快地通知主控人员根据实时泄漏状况作出保障性的处理成为了检测预警系统重要的研究问题。需要解决的问题为处理系统能极快速地对两个信号做出相应。
7.解决以上问题及缺陷的意义为：本发明实现了危险气体检测预警领域中响应设备对危险气体作出反应的同时能远程通知主控人员根据危险源实时的境况作出二次反应，对
减少危险气体爆炸灾害及各个行业领域的人员生命安全有重大意义。


技术实现要素：

8.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种危险气体检测预警处理方法、装置、设备及终端。
9.本发明是这样实现的，一种危险气体检测预警处理装置，所述危险气体检测预警处理装置，包括控制单元、监测单元以及响应单元。
10.其中，所述控制单元是该系统的核心部分，用于使得各个设计部分之间相互配合，实现板间数据通信，并在主控制芯片的控制下实现整个危险气体预警处理装置的功能；
11.所述监测单元包括危险气体检测模块和图像采集与显示模块，用于分别完成危险泄漏气体的检测和目标区域环境实时情况的显示；
12.所述响应单元包括用来发送危险气体报警短信的gsm模块和用来关闭危险气体阀门的阻隔部分，用于实现实时危险预警和阻止危险气体泄漏的功能。
13.进一步，所述控制单元是采用大容量的arm控制芯片，为大量数据的处理提供保障，所述芯片具有256k字节的存储容量，具有四个通用定时器和两个基本定时器，通信接口包括三个spi通信接口、两个i2c通信接口和五个通用串口通信接口，具有112个通用io口。
14.进一步，所述监测单元包括危险气体检测模块和实时显示图像部分。
15.其中，所述危险气体检测模块采用型号为tgs2610的气体检测模块，所述tgs2610具有气体检测探针，对丙烷和丁烷气体非常敏感，多用于监测此类气体，由于其对生活环境中挥发性酒精的敏感性较低，是液化石油气泄漏报警的理想传感器；所述探针上的灵敏探针由加热器和在氧化铝衬底上形成的金属氧化物半导体组成。当存在可识别气体时，空气中的气体含量越高，传感器电阻就越小；内部简单的电路将电导率的这种变化转换成与气体含量相对应的电导率大小并转换为电信号输出。
16.所述实时显示图像部分包括图像采集与图像显示，所述采集与显示模块分别由ov7725摄像头和lcd显示屏组成；其中，所述ov7725摄像头包括光学结构、图像识别结构、存储结构以及电路结构；在信号引脚的底部，采用fpc长线路连接主板，同时方便插头，保证信号的传输；镜头可旋转调节焦距，以达到最清晰的像素信息，接收到该数据后通过信号引脚的底部接收外部分读取图像数据；所述摄像头后面还包括一个长方形的芯片，是实现摄像头显示功能的集成芯片，当外界图像像素数据被该芯片接收到之后，该芯片会通过sccb时序配置所接收到的数据，配置完成后形成显示器件可接受的数据格式准备发送给显示器件进行显示；在系统中接收到的数据格式是rgb彩色图像像素。
17.所述lcd显示屏是分辨率为240*320并具有262k色彩的3.2存显示屏，采用tft显示模式，触摸模式是可带电阻tp模式，核心是型号为ili9341的驱动显示芯片，接口是八位或十六位可选并口。
18.进一步，所述响应单元包括阻隔气体泄漏部分和发送预警信息部分。
19.其中，所述阻隔气体泄漏部分包括电磁继电器模块和电磁阀模块；所述电磁继电器模块供电电压为5v，兼容3～5v高电平触发，且带有光耦隔离使得模块触发更加稳定，具有常闭式和常开式端口；所述电磁继电器只要将一个电压加到电路的两端，铜线圈就会流过一个电流从而产生电磁效应，将在电磁力作用下克服回弹弹簧的牵引力，从而驱动电枢
的动态接触和静态接触吸收；线圈与设备开路时，电磁吸力消失，吸合铁将返回到初始位置在弹簧的反作用力下，这样可移动接触和原来的静触点释放，从而实现电路中进行和不进行的目的；该设计采用继电器的常开功能；所述电磁阀模块是常闭式二分常闭式黄铜气体电磁阀，输入电流是12v的直流。
20.所述发送预警信息部分采用型号为wf-sim800c的高品质串行gsm/gprs模块，所述wf-800c使用串口通信协议与单片机实现数据交换，当系统需要此协议生效时会发出相应的控制指令信号，单片机将该模块的相应控制管脚配置为发送数据模式；sim800c模块按照该指令信号，调用相应的通信函数，完成一定动作内容，即发送报警短信；其中，所述串口通信协议采用8位数据采样格式，进行串行采样，在通过解码进行并行数据输出，有起始位，无校验位。
21.本发明的另一目的在于提供一种应用所述的危险气体检测预警处理装置的危险气体检测预警处理方法，所述危险气体检测预警处理方法包括以下步骤：
22.步骤一，通过控制单元使得各个设计部分之间相互配合，实现板间数据通信，并在主控制芯片的控制下实现整个危险气体预警处理装置的功能；
23.步骤二，通过监测单元利用危险气体检测模块和图像采集与显示模块分别完成危险泄漏气体的检测和目标区域环境实时情况的显示；
24.步骤三，通过响应单元利用发送危险气体报警短信的gsm模块和关闭危险气体阀门的阻隔部分实现实时危险预警和阻止危险气体泄漏的功能。
25.进一步，所述危险气体检测预警处理方法，还包括：
26.(1)图像信息接收：
27.在单片机mcu插上电源后，像素数据经fifo缓存传入微控制器，获取实时像素信息，并将该像素数据传输到显示屏上的显示芯片上，经时序处理后显示。
28.(2)图像信息显示：
29.将ov7725摄像头采集到的实时图像显示在3.2寸lcd显示屏上，该显示屏设置为彩色图象显示模式，像素为320*240。
30.(3)发送报警信息：
31.主控制模块通过判断接收到的气体检测模块的返回值来触发sim800c通过gprs通信模式发送短信“dangerous：有危险气体泄漏，速查！！！”字样，并将报警信息远程发送给用户。
32.(4)实时检测浓度：
33.危险气体检测模块实时检测待检测设备环境中的气体浓度，当危险气体浓度超过所设定的安全阈值后即发送一个低电平信号给主控系统，用于触发关联控制系统。
34.(5)自动处理功能：
35.当检测模块检测到危险气体后向电磁继电器发送一个低电平信号关闭电磁继电器，从而达到关闭电磁阀，阻隔危险气体泄漏。
36.进一步，所述危险气体检测预警处理方法，还包括：
37.控制器完成对系统的整体控制，主控制器供电后，根据所编写的程序对相应的控制引脚发送指令，使得各个模块都开始启动，即模块初始化配置；执行主程序，包括重复采集外界图像数据并发送给显示器件进行显示、重复判断气体检测模块相应引脚是0电平还
是1电平，根据此判断发送给预警处理模块和短信报警模块相对应的指令信号，实现一系列动作。
38.对各个模块初始化的过程是一个重复的过程，先判断是否正常进行初始化，若没有，则重复这一过程，直到各个模块都完成相应的准备为止，再进行下一个系统进程，包括采集待检测装置的实时图像传给缓存芯片，同样初始化危险气体检测模块控制io口、短信数据传输io口、继电器控制io口，随时准备改变io口的高低电平和发送数据；在程序中当系统需要响应某条指令做出相应动作时会调用相应控制函数，实现相应的功能；各个程序模块相互协调配合，共同完成动作内容，实现设计目的，在完成一次完整循环之后控制系统结束，摄像头继续采集图像显示在显示屏上，如此往复。
39.本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
40.通过控制单元使得各个设计部分之间相互配合，实现板间数据通信，并在主控制芯片的控制下实现整个危险气体预警处理装置的功能；
41.通过监测单元利用危险气体检测模块和图像采集与显示模块分别完成危险泄漏气体的检测和目标区域环境实时情况的显示；
42.通过响应单元利用发送危险气体报警短信的gsm模块和关闭危险气体阀门的阻隔部分实现实时危险预警和阻止危险气体泄漏的功能。
43.本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
44.通过控制单元使得各个设计部分之间相互配合，实现板间数据通信，并在主控制芯片的控制下实现整个危险气体预警处理装置的功能；
45.通过监测单元利用危险气体检测模块和图像采集与显示模块分别完成危险泄漏气体的检测和目标区域环境实时情况的显示；
46.通过响应单元利用发送危险气体报警短信的gsm模块和关闭危险气体阀门的阻隔部分实现实时危险预警和阻止危险气体泄漏的功能。
47.本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述的危险气体检测预警处理装置。
48.结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明采用stm32f10x系列单片机实现对危险气体检测预警处理方法与装置的设计。本发明主要构建了一个对待检测设备实时远程检测和报警并做出及时处理的系统。在居民生活中或工业制造环境中安装该监测装置，实时监测危险气体使用情况，一旦有危险气体泄漏且含量超过所设定的安全阈值后会通过电磁继电器关闭电磁阀，并同时通过gprs向用户发出报警信息，及时提醒用户进行实时查看，排除安全隐患。该系统最大的创新点在于能在自身作出反应并预警的同时通过摄像头将所用设备的实时图像传输到用户端，用户能通过显示屏实时观看到设备泄漏情况。
49.本发明采用大容量的arm处理器芯片，为大量数据的处理提供了一定的基础保障。本发明除实时监测危险气体是否有泄漏外还加上了待测目标实时情况显示功能，能更实时的看到待测目标的具体情况。本发明相比于现有的各种类型、种类的燃气报警器，在可用性
和安装稳定性方面取得了很大的进步。
附图说明
50.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
51.图1是本发明实施例提供的危险气体检测预警处理方法流程图。
52.图2是本发明实施例提供的危险气体检测预警处理方法原理图。
53.图3是本发明实施例提供的危险气体检测预警处理装置结构示意图。
具体实施方式
54.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
55.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种危险气体检测预警处理方法、装置、设备及终端，下面结合附图对本发明作详细的描述。
56.如图1所示，本发明实施例提供的危险气体检测预警处理方法包括以下步骤：
57.s101，通过控制单元使得各个设计部分之间相互配合，实现板间数据通信，并在主控制芯片的控制下实现整个危险气体预警处理装置的功能；
58.s102，通过监测单元利用危险气体检测模块和图像采集与显示模块分别完成危险泄漏气体的检测和目标区域环境实时情况的显示；
59.s103，通过响应单元利用发送危险气体报警短信的gsm模块和关闭危险气体阀门的阻隔部分实现实时危险预警和阻止危险气体泄漏的功能。
60.本发明实施例提供的危险气体检测预警处理方法原理图如图2所示。
61.下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
62.实施例1
63.本发明主要构建了一个对待检测设备实时远程检测和报警并做出及时处理的系统。在居民生活中或工业制造环境中安装该监测装置，实时监测危险气体使用情况，但有危险气体泄漏且含量超过所设定的安全阈值后会通过电磁继电器关闭电磁阀，并同时通过gprs向用户发出报警信息，及时提醒用户进行查看，排除安全隐患。该系统最大的创新点在于能同时通过摄像头将所用设备的实时图像传输到用户端，用户能通过显示屏实时观看到设备使用情况。
64.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
65.如图3所示，本发明实施例提供的危险气体预警处理装置，包括控制单元、监测单元、响应单元，其中：
66.所述控制单元是该系统的核心部分，使得各个设计部分之间相互配合，实现板间数据通信，并在主控制芯片的控制下实现整个危险气体预警处理装置的功能；所述监测单元包括危险气体检测模块和图像采集与显示模块，分别完成危险泄漏气体的检测和目标区
域环境实时情况的显示；所述响应单元包括用来发送危险气体报警短信的gsm模块和用来关闭危险气体阀门的阻隔部分，实现实时危险预警和阻止危险气体泄漏的功能。
67.所述控制单元采用大容量的arm控制芯片，为大量数据的处理提供了一定的保障，所述芯片具有256k字节的存储容量，具有四个通用定时器和两个基本定时器，其通信接口包括三个spi通信接口、两个i2c通信接口和五个通用串口通信接口，具有112个通用io口。
68.所述监测单元包括危险气体检测模块和实时显示图像部分。
69.所述危险气体检测模块采用型号为tgs2610的气体检测模块，所述tgs2610具有气体检测探针，对丙烷和丁烷气体非常敏感，多用于监测此类气体，由于其对生活环境中挥发性酒精的敏感性较低，是液化石油气泄漏报警的理想传感器。所述探针上的灵敏探针由加热器和在氧化铝衬底上形成的金属氧化物半导体组成。当存在可识别气体时，空气中的气体含量越高，传感器电阻就越小。内部简单的电路将电导率的这种变化转换成与气体含量相对应的电导率大小并转换为电信号输出
70.所述实时显示图像部分包括图像采集与图像显示，其中，采集与显示模块分别由ov7725摄像头和lcd显示屏组成。其中，所述ov7725摄像头包括光学结构、图像识别结构、存储结构、电路结构。在信号引脚的底部，采用fpc长线路连接主板，同时方便插头，保证信号的传输。镜头是可以旋转调节焦距的，以达到最清晰的像素信息，接收到该数据之后通过信号引脚的底部接收外部分读取图像数据；所述摄像头后面还包括一个长方形的芯片，这是实现摄像头显示功能的集成芯片，当外界图像像素数据被该芯片接收到之后，该芯片会通过sccb时序配置所接收到的数据，配置完成之后形成显示器件可接受的数据格式准备发送给显示器件进行显示。在该系统中接收到的数据格式是rgb彩色图像像素。所述lcd显示屏是分辨率为240*320并具有262k色彩的3.2存显示屏，采用tft(薄膜晶体管)显示模式，触摸模式是可带电阻tp模式，其核心是型号为ili9341的驱动显示芯片，接口是八位或十六位可选并口。
71.所述响应单元包括阻隔气体泄漏部分和发送预警信息部分。
72.所述阻隔气体泄漏部分包括电磁继电器模块和电磁阀模块，其中，所述电磁继电器模块供电电压为5v，兼容3～5v高电平触发，且带有光耦隔离使得模块触发更加稳定，具有常闭式和常开式端口；所述电磁继电器只要将一个电压加到电路的两端，铜线圈就会流过一个电流从而产生电磁效应，将在电磁力作用下克服回弹弹簧的牵引力，从而驱动电枢的动态接触和静态接触吸收。线圈与设备开路时，电磁吸力消失，吸合铁将返回到初始位置在弹簧的反作用力下，这样可移动接触和原来的静触点释放，从而实现电路中进行和不进行的目的。该设计采用继电器的常开功能。所述电磁阀模块是常闭式二分常闭式黄铜气体电磁阀，输入电流是12v的直流。
73.所述发送预警信息部分采用型号为wf-sim800c的高品质串行gsm/gprs模块，所述wf-800c使用的是串口通信协议与单片机实现数据交换，当系统需要此协议生效时会发出相应的控制指令信号，单片机会将该模块的相应控制管脚配置为发送数据模式，然后sim800c模块按照该指令信号，调用相应的通信函数，可完成一定的动作内容，即发送报警短信。其中，所述串口通信协议采用8位数据采样格式，先进行串行采样，在通过解码进行并行数据输出，有起始位，无校验位。
74.本发明与现有技术相比，具有如下优点：
75.1.本发明采用大容量的arm处理器芯片，为大量数据的处理提供了一定的基础保障。
76.2.本发明除实时监测危险气体是否有泄漏外还加上了待测目标实时情况显示功能，能更实时的看到待测目标的具体情况。
77.3.本发明相比于现有的各种类型、种类的燃气报警器，在可用性和安装稳定性方面取得了很大的进步。
78.实施例2
79.本发明采用stm32f10x系列单片机实现对危险气体检测预警处理方法与装置的设计，主要包括监测模块、检测模块、预警模块，处理模块。其中监测模块包括摄像头和lcd显示屏，检测模块使用危险气体检测传感器，预警模块使用gsm短信模块，处理模块包括电磁继电器和常闭式气体电磁阀。主要实现以下功能：以stm32f10x为主控mcu(微控制单元)，驱动摄像头实时监测待检测目标并将实时图像显示在显示屏上，当危险气体(甲烷，丁烷等)检测模块检测到有危险气体泄漏时，返回给单片机一个低电平信号，单片机随即控制模块向客户端发送预警信息并同时通过驱动电磁继电器来控制气体电磁阀，关闭电磁阀，使得危险气体得以阻隔，以期实现对危险气体泄漏的预警和处理的功能。
80.本发明实施例提供的危险气体检测预警处理装置的功能实施描述：
81.1.图像信息接收：
82.在单片机mcu(1)插上电源之后，像素数据经fifo缓存传入微控制器，获取实时像素信息，并将该像素数据传输到显示屏(3)上的显示芯片上，经时序处理之后显示出来。
83.2.图像信息显示：
84.将ov7725摄像头(4)采集到的实时图像显示在3.2寸lcd显示屏(3)上，该显示屏设置为彩色图象显示模式，像素为320*240。
85.3.发送报警信息：
86.主控制模块通过判断接收到的气体检测模块的返回值来触发sim800c(5)通过gprs通信模式发送短信“dangerous：有危险气体泄漏，速查！！！”字样。将报警信息远程发送给用户。
87.4.实时检测浓度：
88.危险气体检测模块(2)实时检测待检测设备环境中的气体浓度，当危险气体浓度超过所设定的安全阈值之后就会发送一个低电平信号给主控系统，以此来触发关联控制系统。
89.5.自动处理功能：
90.当检测模块检测到危险气体之后会向电磁继电器(6)发送一个低电平信号关闭电磁继电器，从而达到关闭电磁阀(7)，阻隔危险气体泄漏。
91.6.系统处理描述：
92.控制器完成对系统的整体控制，主控制器供电后，根据所编写的程序对相应的控制引脚发送指令，使得各个模块都开始启动，也即我们说的模块初始化配置。然后执行主程序，包括重复采集外界图像数据并发送给显示器件进行显示、重复判断气体检测模块相应引脚是0电平还是1电平，根据此判断发送给预警处理模块和短信报警模块相对应的指令信号，实现一系列动作。
93.对各个模块初始化的过程也是一个重复的过程，先判断是否正常进行初始化，若没有，则重复这一过程，直到各个模块都完成相应的准备为止，再进行下一个系统进程，比如采集待检测装置的实时图像传给缓存芯片，同样初始化危险气体检测模块控制io口、短信数据传输io口、继电器控制io口，随时准备改变io口的高低电平和发送数据。在程序中当系统需要响应某条指令做出相应动作时会调用相应控制函数，实现相应的功能。各个程序模块相互协调配合，共同完成动作内容，实现设计目的，在完成一次完整循环之后控制系统结束，摄像头继续采集图像显示在显示屏上，如此往复。
94.在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solid state disk(ssd))等。
95.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。