基于物联网的煤气智能监测系统技术领域
本发明涉及一种煤气智能监测系统，具体涉及一种基于物联网的煤气智能监测系
统。
背景技术
煤气作为现代生活必不可少的重要资源，拥有极其活跃的化学性质，而且具有易
燃易爆性，一旦发生泄漏事故就将给人民的生命财产安全构成巨大威胁。
目前，监测煤气管道的方法主要包括以下三种：
(1)在采集前端安装报警器或者蜂鸣器，在气体传感器感应到煤气泄漏后导通报
警电路进行报警，这种方法没有远程监测的能力。
(2)在管道中安装电磁阀，气体传感器感应到煤气泄漏后关闭电磁阀。这种方法在
电磁阀出现故障时，用户无法察觉，也无法采取其他措施补救。
(3)在用户界面开发管理系统，气体传感器定时向用户端发送浓度信息。这种方法
只具有远程监测的功能，没有远程控制下位机的能力，且随着时间的推移数据量十分庞大。
由上可知，现有的煤气监测系统都存在着一些不足：在管道电磁阀故障时怎么解
决泄漏问题；当用户不在泄漏现场时，如何远程解决泄漏问题；在系统运行一段时间后，如
何解决堆积在用户管理系统中的大量数据等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于物联网的煤气智能监测系统。
实现本发明目的的技术方案为：一种基于物联网的煤气智能监测系统，监测系统
包括供电系统、控制模块、气体传感器、继电器模块和Android手机界面管理系统；
所述控制模块分别与供电系统、气体传感器、继电器模块和Android手机界面管理
系统相连；
所述气体传感器用于对煤气管道进行监测；
控制模块用于对气体传感器采集的数据进行判断，并将数据和报警信息传送给
Android手机界面管理系统；
所述Android手机界面管理系统用于接收上传的数据和报警信息，并将命令沿着
原路径下达至控制模块，控制模块控制继电器模块动作。
本发明与现有的技术相比，其有益效果为：
(1)本发明通过气体传感器对煤气管道实时监测，由控制模块对其数据进行采集
和分析，由控制网关通过GPRS通信模块传输给Android手机界面管理系统，用户对上传的数
据和报警信息进行判断，并将命令沿着原路径下达至微处理器，微处理器驱动继电器模块
动作，使用户能够对煤气管道实时监测和及时处理，使远程控制更方便、快捷；
(2)在光照良好的情况下，由可充电锂电池为本发明供电；当光照条件不好时，由
干电池为本发明供电，保证了整个系统工作的连续性和可靠性；供电系统块由电源控制电
路自动控制，独立工作，不受控制模块管理；
(3)本发明的基于物联网的煤气智能监测系统数据通信能力强，数据准确；
(4)当浓度不超标时系统即中断数据上传，大大降低了功耗。
附图说明
图1为本发明基于物联网的煤气智能监测系统的结构示意图。
图2为本发明的控制网关的主程序流程图。
图3为本发明的Android手机界面管理系统的主程序流程图。
具体实施方式
结合图1，本发明的一种基于物联网的煤气智能监测系统，监测系统包括供电系
统、控制模块、气体传感器、继电器模块和Android手机界面管理系统；
所述控制模块分别与供电系统、气体传感器、继电器模块和Android手机界面管理
系统相连；
所述气体传感器用于对煤气管道进行监测；
控制模块用于对气体传感器采集的数据进行判断，并将检测数据和报警信息传送
给Android手机界面管理系统；
所述Android手机界面管理系统用于接收上传的数据和报警信息，并将命令沿着
原路径下达至控制模块，控制模块控制继电器模块动作。
进一步的，所述控制模块包括微处理器、第一开关、第二开关、WIFI无线通信模块、
控制网关和GPRS通信模块；
所述微处理器通过第二开关与气体传感器连接，通过第一开关与WIFI无线通信模
块、控制网关和GPRS通信模块连接；
所述微处理器通过周期性打开第二开关，控制气体传感器检测气体浓度值，并将
放大后的检测数据上传至微处理器；
所述微处理器将上传的检测数据与设定的报警阈值进行比较，若超过设定阈值则
打开第一开关；所述控制网关通过GPRS通信模块将报警信息推送至Android手机界面管理
系统，控制网关接收到指令后通过WIFI无线通信模块将指令送入微处理器；微处理器驱动
继电器模块动作。
进一步的，所述继电器模块用于关闭管道阀门。
进一步的，所述继电器模块还用于打开排风口阀门和窗户。
进一步的，所述控制模块还包括第一稳压电路、第二稳压电路和第三稳压电路，分
别设置在供电系统与微处理器之间、第一开关与WIFI无线通信模块、控制网关和GPRS通信
模块之间、第二开关与气体传感器之间。
进一步的，所述第一稳压电路输出电压为3.3V，第二稳压电路输出电压为4V，第三
稳压电路输出电压为5V。
进一步的，所述控制网关还用于接收到Android手机界面管理系统的指令后，向
Android手机界面管理系统发送确认帧；若在设置好的时间内没有收到确认帧则立刻重新
发送，直至收到确认帧或发送次数达到设定值。
进一步的，所述供电系统包括太阳能板、充电电路、可充电锂电池、电源控制电路
和干电池，电源控制电路分别与可充电锂电池和干电池相连，所述太阳能板、充电电路和可
充电锂电池依次连接，构成太阳能供电模块，所述电源控制电路用于选择太阳能供电模块
或干电池进行供电。
进一步的，所述电源控制电路分别与第一稳压电路、第一开关和第二开关连接。
所述的微处理器芯片优选为CC2530无线单片机，所述的开关S1和开关S2为单刀双
掷模拟开关，所述的气体传感器型号优选为MQ-4。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例
结合图1，一种基于物联网的煤气智能监测系统，包括供电系统、控制模块、气体传
感器、继电器模块和Android手机界面管理系统，控制模块分别与供电系统、气体传感器、继
电器模块和Android手机界面管理系统相连。
所述的供电系统包括太阳能板、充电电路、可充电锂电池、电源控制电路和干电
池，电源控制电路分别与可充电锂电池和干电池相连，太阳能板、充电电路、可充电锂电池
依次相连。
所述的控制模块包括微处理器、WIFI无线通信模块、控制网关、GPRS通信模块、第
一开关S1、第二开关S2、第一稳压电路、第二稳压电路和第三稳压电路；
电源控制电路、第一稳压电路、微处理器依次相连；
第一开关S1和第二开关S2相连；
微处理器分别和第一开关S1、第二开关S2、WIFI无线通信模块、气体传感器、继电
器模块相连；
WIFI无线通信模块、控制网关、GPRS通信模块依次双向连接；
Android手机界面管理系统与GPRS通信模块连接；
第二开关S2、第三稳压电路、气体传感器依次相连；
第一开关S1与第二稳压电路相连，第二稳压电路分别与WIFI无线通信模块、控制
网关、GPRS通信模块相连。
本实施例使用的微处理器芯片优选为CC2530无线单片机，它使用两个晶振，一个
是高频的32MHz，另一个是低频的32.768KHz，高频晶振在射频收发时工作，低频晶振是为了
减少功耗，在芯片睡眠时关闭内部某些电路，使它们以极低的频率工作，达到低功耗的目
的。
本发明基于物联网的煤气智能监测系统每十五分钟进行一次数据采集，即通过气
体传感器检测一次煤气管道的气体浓度值。信号采集时，由微处理器驱动打开第二开关S2，
给气体传感器上电，待电源稳定后进行信号采集。采集结束后，立即关闭第二开关S2，切断
电源。整个信号采集过程大约需要100毫秒，即0.1秒。信号采集后使用晶体管(共射级PNP型
三极管)放大电流值，它可以通过调节流过基极的电流控制集电极和发射机的电流且同步
变化，达到小电流控制大电流的目的。电流的放大，就表现为监测灵敏性能的较强。这样，很
小的煤气泄漏事故也可以被检测到。
信号采集后，由微处理器进行判断和分析。气体传感器采集的信号经过放大后送
入微处理器，将它与预先设定的报警时的阈值电压比较来决定是否报警。将采集的信号接
入比较器的正向输入端，反向端接入报警值电路。
当正向端电压值大于反向端时，说明浓度值已经超过设置好的报警值，此时，比较
器输出一个低电平。同时，微处理器驱动第一开关S1接通控制网关，由控制网关通过GPRS通
信模块将报警信息推送至Android手机界面管理系统。控制网关接收指令后通过WIFI无线
通信模块将指令送入微处理器，由微处理器驱动继电器模块动作，控制网关的主程序流程
如图2所示。控制网关部分SPI总线连接单片机的P0.3-P0.7口，利用TCP_SERVER和TCP_
CLIENT两种网络连接模式来接收和传输数据。当微处理器驱动第一开关S1接通控制网关
后，控制网关与微处理器之间通过WIFI无线方式建立连接，数据可以在控制网关和微处理
器之间进行传输。控制网关接收到微处理器的数据后通过GPRS通信模块把数据直接推送到
Android手机界面管理系统。数据发送完成后，控制网关随即进入等待模式，等待管理系统
下达命令。接收到管理系统的数据包后，控制网关对数据包进行命令的提取，同时开启TCP_
CLIENT的网络连接模式向微处理器发出连接请求。而微处理器的监听程序正在等待命令，
信息匹配成功后即在控制网关和微处理器之间建立连接，控制网关将处理后的数据包通过
WIFI无线通信方式传送至微处理器。控制网关将数据包下达结束后会等待微处理器传回回
应数据包，如果在规定时间内未接收到数据包，控制网关向用户管理系统报错等待管理系
统下达其他指令，如果接收到回应数据包才表示一次报警过程结束，这可以避免终端执行
命令时出错导致更严重的后果。
当浓度未超标时，微处理器将不再驱动WIFI无线通信模块、控制网关、GPRS通信模
块、Android手机界面管理系统和继电器模块工作，这样可以大大减少整个系统的功耗。如
果一直工作正常，则不必向Android手机界面管理系统上传数据，且每12小时清除一次微处
理器和控制网关的数据，避免因庞大的数据量导致系统运行缓慢和停滞。
Android手机界面管理系统收到报警信息后即可远程下达指令，下达关闭阀门按
钮命令的同时可再打开排风口和窗户，避免阀门发生故障时会产生严重后果。用户指令先
通过GPRS通信模式下达至控制网关，为了确保用户的指令可以被成功执行，数据包命令发
送结束后会等待控制网关发送的确认帧。如果在设置好的时间内没有收到确认信息就立刻
重新发送，直至收到确认帧或发送次数达到设定值，Android手机界面管理系统的主程序流
程如图3所示。用户端直接利用Android提供的网络编程，针对于TCP传输，Android操作系统
提供了友好的Socket编程支持。编程步骤如下：首先在客户端创建一个Socket并分别初始
化服务器和客户端，需要指明连接服务器的IP地址和端口号等信息，为二者之间的连接做
准备。然后，本地ServerSocket在端口循环地监听，接收到连接请求后服务器开启TCP_
CLIENT_SOCKET进入TCP_CLIENT模式下的TCP连接。本发明在连接成功后，用户端管理系统
发出操作指令，服务器利用InputStreamReader和OutputStreamWriter进行读写处理。在
Socket对象使用完毕后，先将与之相关的所有输入输出流关闭，再调用Close()关闭
Socket。
微处理器接收到控制网关的数据包指令后进行内容提取和命令解析，本发明提取
指令中表示电平的位数据。如果低电平表示用户管理系统的指令为关闭煤气管道电磁阀
门，则三极管导通，从而使继电器触点吸合，电动机运行去执行关闭指令。操作结束后，气体
传感器和微处理器重新进入正常监测模式。
本发明提供了一个基于物联网的煤气智能监测系统，由于当浓度不超标时系统即
中断数据上传，大大降低了功耗；干电池和可充电电池的混合使用，保证了系统在光照不足
等恶劣天气下可以稳定工作，使系统具有可靠性高的优点，实现了对煤气浓度的智能监测。
此外，随着智能手机的广泛应用和Android系统良好的人机交互性和移植性，整个系统具有
操作简单、使用方便、通用性好等优点，具有较高的应用价值和极广的应用范围。