一種基于ZigBee的無線燃氣抄表系統的制作方法

本發明涉及一種無線燃氣抄表裝置，尤其是基于zigbee技術的火災預警智能無線燃氣抄表系統。

背景技術：

隨著城市化進程的不斷推進，燃氣的使用越來越普及，燃氣公司用戶數量不斷增長，若采用傳統的人工抄表方式，人力成本和時間成本較高，存在著抄表人員工作效率低、數據采集時間滯后、難以分時計費、燃氣收費部門支出大等弊端。智能無線燃氣抄表系統可以自動抄表，提高燃氣抄表效率，節約燃氣管理部門大量人力物力，提升燃氣系統智能化水平，是燃氣抄表方式的發展方向。

燃氣逐步進入居民家中，給生活提供了諸多便利，也同時增加了安全隱患，因燃氣泄漏導致的火災等事故時有發生。

目前，公知的燃氣抄表系統主要由燃氣表、采集器、集中器和主站等設備組成，采集器采集各用戶燃氣表中的燃氣使用度數等數據，然后通過傳輸網絡將數據傳送到上一級的設備集中器中，集中器收集各采集終端的數據，進行處理存儲，并能和主站進行數據交換。但是，這些燃氣抄表系統無法通過包含zigbee通信在內的多種無線通信方式進行自組網遠程自動抄表，且不能實時監測室內環境，當出現燃氣泄漏的突發情況時不能及時處理，容易延誤最佳處理時機，難以阻止火災的發生。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是：克服現有的燃氣抄表系統不能實時監測室內環境、當出現燃氣泄漏等突發情況時不能及時處理的不足,本發明提供一種燃氣抄表系統，該燃氣抄表系統不僅能實現智能遠程無線抄表，而且能實時監測室內環境，當環境中燃氣濃度過高或者溫度過高時，自動報警。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于zigbee的無線燃氣抄表系統，包括一個控制端、至少一個集中器、至少一個采集終端和至少一個燃氣表；

所述控制端包括一臺服務器和一個第一gprs通信模塊，所述第一gprs通信模塊與服務器連接，所述第一gprs通信模塊用于構建gprs通信通道；

所述集中器包含：藍牙模塊，用于通過藍牙通信方式和管理員手機進行通信，接收管理員手機發送過來的數據或發送數據至管理員手機；閥門控制器，用于控制燃氣閥門的開啟和關閉；第一存儲模塊，用于存儲采集到的燃氣數據；第一zigbee模塊，用于構建zigbee通信通道；第一微控制器，用于對集中器各模塊進行控制；第一gsm模塊，用于通過gsm通信方式和用戶手機進行通信，接收用戶手機發送過來的數據或發送數據至用戶手機；第二gprs通信模塊，用于構建gprs通信通道；第一電源模塊，用于為集中器各模塊提供電壓大小合適且穩定的電源；

所述采集終端包含：第一聲光報警模塊，用于采集終端所處環境的燃氣濃度過高或溫度過高的異常情況時發出報警聲音并閃爍發光進行報警；第一燃氣傳感器，用于檢測采集終端所處環境的可燃氣體濃度；第一溫度傳感器，用于檢測采集終端所處環境的溫度值；第二微控制器，用于對采集終端各模塊進行控制；第二zigbee模塊，用于構建zigbee通信通道；第二gsm模塊，用于通過gsm通信方式和用戶手機進行通信，接收用戶手機發送過來的數據或發送數據至用戶手機；第二存儲模塊，用于存儲采集到的燃氣數據；第二電源模塊，用于為采集終端各模塊提供電壓大小合適且穩定的電源；

所述燃氣表包含：第二聲光報警模塊，用于燃氣表所處環境出現燃氣濃度過高或溫度過高的異常情況時發出報警聲音并閃爍發光進行報警；顯示模塊，用于顯示時間、計量得到的燃氣度數和檢測出的異常情況狀態；第二燃氣傳感器，用于檢測燃氣表所處環境的可燃氣體和一氧化碳氣體濃度；第二溫度傳感器，用于檢測燃氣表所處環境的溫度值；計量模塊，用于采集消耗的燃氣數據；第三微控制器，用于對燃氣表各模塊進行控制；第三zigbee模塊，用于構建zigbee通信通道；第三gsm模塊，用于通過gsm通信方式和用戶手機進行通信，接收用戶手機發送過來的數據或發送數據至用戶手機；時鐘模塊，用于計時，提供實時時間數據，包括年、月、日、周、時、分、秒；第三電源模塊，用于為燃氣表各模塊提供電壓大小合適且穩定的電源；

每個采集終端通過zigbee通信方式與至少一個燃氣表無線連接且數據通訊；每個集中器通過zigbee通信方式與至少一個采集終端無線連接且數據通訊；所有集中器通過gprs通信方式和控制端無線連接且數據通訊。

與現有技術相比，本發明的有益效果是，可以在智能無線遠程抄表的同時，通過燃氣傳感器和溫度傳感器實時監測室內環境，發生燃氣泄漏時自動報警并關閉燃氣閥門，增加燃氣設備使用安全性，防止火災事故發生。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1是本發明的示意圖。

圖2是無線燃氣抄表系統的燃氣表結構示意圖。

圖3是無線燃氣抄表系統的采集終端結構示意圖。

圖4是無線燃氣抄表系統的集中器結構示意圖。

圖中1.控制端，2.集中器，3.采集終端，4.燃氣表，5.第二聲光報警模塊，6.顯示模塊，7.第二燃氣傳感器，8.第二溫度傳感器，9.計量模塊，10.第三微控制器，11.第三zigbee模塊，12.第三gsm模塊，13.時鐘模塊，14.第三電源模塊，15.第一聲光報警模塊，16.第一燃氣傳感器，17.第一溫度傳感器，18.第二微控制器，19.第二zigbee模塊，20.第二gsm模塊，21.第二存儲模塊，22.第二電源模塊，23.藍牙模塊，24.閥門控制器，25.第一存儲模塊，26.第一zigbee模塊，27.第一微控制器，28.第一gsm模塊，29.第二gprs通信模塊，30.第一電源模塊。

具體實施方式

為使本發明的內容更加清楚，下面結合附圖，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。應當注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本發明無關的、本領域普通技術人員已知的部件的表示和描述。

實施例1參考圖1，一種基于zigbee的無線燃氣抄表系統，包括一個控制端1、至少一個集中器2、至少一個采集終端3和至少一個燃氣表4；

所述控制端1包括一臺服務器和一個第一gprs通信模塊，所述第一gprs通信模塊與服務器連接，所述第一gprs通信模塊用于構建gprs通信通道；

所述集中器2包含：藍牙模塊23，用于通過藍牙通信方式和管理員手機進行通信，接收管理員手機發送過來的數據或發送數據至管理員手機；閥門控制器24，用于控制燃氣閥門的開啟和關閉；第一存儲模塊25，用于存儲采集到的燃氣數據；第一zigbee模塊26，用于構建zigbee通信通道；第一微控制器27，用于對集中器2各模塊進行控制；第一gsm模塊28，用于通過gsm通信方式和用戶手機進行通信，接收用戶手機發送過來的數據或發送數據至用戶手機；第二gprs通信模塊29，用于構建gprs通信通道；第一電源模塊30，用于為集中器2各模塊提供電壓大小合適且穩定的電源；

所述采集終端3包含：第一聲光報警模塊15，用于采集終端3所處環境的燃氣濃度過高或溫度過高的異常情況時發出報警聲音并閃爍發光進行報警；第一燃氣傳感器16，用于檢測采集終端3所處環境的可燃氣體濃度；第一溫度傳感器17，用于檢測采集終端3所處環境的溫度值；第二微控制器18，用于對采集終端3各模塊進行控制；第二zigbee模塊19，用于構建zigbee通信通道；第二gsm模塊20，用于通過gsm通信方式和用戶手機進行通信，接收用戶手機發送過來的數據或發送數據至用戶手機；第二存儲模塊21，用于存儲采集到的燃氣數據；第二電源模塊22，用于為采集終端3各模塊提供電壓大小合適且穩定的電源；

所述燃氣表4包含：第二聲光報警模塊5，用于燃氣表4所處環境出現燃氣濃度過高或溫度過高的異常情況時發出報警聲音并閃爍發光進行報警；顯示模塊6，用于顯示時間、計量得到的燃氣度數和檢測出的異常情況狀態；第二燃氣傳感器7，用于檢測燃氣表4所處環境的可燃氣體和一氧化碳氣體濃度；第二溫度傳感器8，用于檢測燃氣表4所處環境的溫度值；計量模塊9，用于采集消耗的燃氣數據；第三微控制器10，用于對燃氣表4各模塊進行控制；第三zigbee模塊11，用于構建zigbee通信通道，第三gsm模塊12，用于通過gsm通信方式和用戶手機進行通信，接收用戶手機發送過來的數據或發送數據至用戶手機；時鐘模塊13，用于計時，提供實時時間數據，包括年、月、日、周、時、分、秒；第三電源模塊14，用于為燃氣表4各模塊提供電壓大小合適且穩定的電源；

每個采集終端3通過zigbee通信方式與至少一個燃氣表4無線連接且數據通訊；每個集中器2通過zigbee通信方式與至少一個采集終端3無線連接且數據通訊；所有集中器2通過gprs通信方式和控制端1無線連接且數據通訊。

具體應用中，如圖2所示，燃氣表4，包括第二聲光報警模塊5，顯示模塊6，第二燃氣傳感器7，第二溫度傳感器8，計量模塊9，第三微控制器10，第三zigbee模塊11，第三gsm模塊12，時鐘模塊13和第三電源模塊14；第二聲光報警模塊5和第三微控制器10相連，顯示模塊6和第三微控制器10相連，第二燃氣傳感器7和第三微控制器10相連，第二溫度傳感器8和第三微控制器10相連，計量模塊9和第三微控制器10相連，第三zigbee模塊11和第三微控制器10相連，第三gsm模塊12和第三微控制器10相連，時鐘模塊13和第三微控制器10相連，第三電源模塊14供電。

所述燃氣表4包含長方形外殼。所述第二聲光報警模塊5包含蜂鳴器和led燈（發光二極管）。所述顯示模塊6采用12864lcd（液晶顯示屏）。所述第二燃氣傳感器7型號為mq-9，可檢測甲烷、液化石油氣等可燃氣體和一氧化碳氣體，適用廣泛，安全性高。所述第二溫度傳感器8采用ds18b20集成芯片。所述計量模塊9包含膜式燃氣計量組件。所述第三微控制器10和第三zigbee模塊11采用cc2530集成芯片。所述第三gsm模塊12采用sim800c集成芯片。所述時鐘模塊13采用ds12c887集成芯片，其可計算秒、分、小時、星期、日、月、年七種時間信息，帶閏年補償，自帶晶體振蕩器和鋰電池，在沒有外部電源的情況下可工作10年。所述第三電源模塊14包含三塊可充電式鋰電池、一個ldo（低壓差線性穩壓器）降壓芯片和一個ldo升壓芯片。所述鋰電池電壓為3.7-4.2v，電池型號為18650，電池容量為3000mah，三塊鋰電池中的第一塊連接ldo降壓芯片，經降壓為3.3v后為顯示模塊6、微控制器10和zigbee模塊11供電，第二塊鋰電池連接ldo升壓芯片，經升壓為5v后為第二燃氣傳感器7、第二溫度傳感器8、時鐘模塊13供電，第三塊鋰電池給第三gsm模塊12供電。

如圖3所示，采集終端3，包括第一聲光報警模塊15，第一燃氣傳感器16，第一溫度傳感器17，第二微控制器18，第二zigbee模塊19，第二gsm模塊20，第二存儲模塊21和第二電源模塊22；第一聲光報警模塊15和第二微控制器18相連，第一燃氣傳感器16和第二微控制器18相連，第一溫度傳感器17和第二微控制器18相連，第二zigbee模塊19和第二微控制器18相連，第二gsm模塊20和第二微控制器18相連，第二存儲模塊21和第二微控制器18相連，第二電源模塊22供電。

所述采集終端3包含長方形外殼。所述第一聲光報警模塊15包含蜂鳴器和led燈（發光二極管）。所述第一燃氣傳感器16型號為mc107b。所述第一溫度傳感器17采用ds18b20集成芯片。所述第二微控制器18和第二zigbee模塊19采用cc2530集成芯片。所述第二gsm模塊20采用sim800c集成芯片。所述第二存儲模塊21采用at24c32集成芯片，其存儲空間為4096x8（32k），具有2線串行接口，連線簡單，使用方便。所述第二電源模塊22包含三塊可充電式鋰電池、一個ldo降壓芯片和一個ldo升壓芯片。所述鋰電池電壓為3.7-4.2v，電池型號為26650，電池容量為4500mah，三塊鋰電池中的第一塊連接ldo降壓芯片，經降壓為3.3v后為第二微控制器18和zigbee模塊19供電，第二塊鋰電池連接ldo升壓芯片，經升壓為5v后第一燃氣傳感器16、第一溫度傳感器17、第二存儲模塊21供電，第三塊鋰電池給第二gsm模塊20供電。

如圖4所示，集中器2，包括藍牙模塊23，閥門控制器24，第一存儲模塊25，第一zigbee模塊26，第一微控制器27，第一gsm模塊28，第二gprs通信模塊29和第一電源模塊30；藍牙模塊23和第一微控制器27相連，閥門控制器24和第一微控制器27相連，第一存儲模塊25和第一微控制器27相連，第一zigbee模塊26和第一微控制器27相連，第一gsm模塊28和第一微控制器27相連，第二gprs通信模塊29和第一微控制器27相連，第一電源模塊30供電。

所述集中器2包含長方形外殼。所述藍牙模塊23采用hc-05模塊。所述閥門控制器24包含信號接收和發送電路。所述第一存儲模塊25采用at24c64集成芯片，其存儲空間為8192x8（64k），具有2線串行接口。所述第一微控制器27和第一zigbee模塊26采用cc2530集成芯片。所述第一gsm模塊28和第二gprs通信模塊29采用sim800c集成芯片，sim800c集成芯片具有gsm和gprs兩種通信模式。所述第一電源模塊30包含三塊可充電式鋰電池、一個ldo降壓芯片和一個ldo升壓芯片。所述鋰電池電壓為3.7-4.2v，電池型號為26650，電池容量為4500mah，三塊鋰電池中的第一塊連接ldo降壓芯片，經降壓為3.3v后為第一微控制器27和第一zigbee模塊26供電，第二塊鋰電池連接ldo升壓芯片，經升壓為5v后為藍牙模塊23、閥門控制器24、第一存儲模塊25供電，第三塊鋰電池給第一gsm模塊28和第二gprs通信模塊29供電。

使用時，燃氣表4安裝在用戶家中（每戶一個），采集終端3安裝在每幢居民樓各樓層中（每層一個），集中器2安裝在每幢居民樓中（每幢一個），控制端1設置在燃氣收費部門。每個燃氣表4獨立實時計量用戶使用燃氣度數并累計存儲，每月固定時間（如每月1號）將累計的燃氣度數通過第三zigbee模塊11傳輸至采集終端3中，采集終端3匯總燃氣度數后將此燃氣度數發送至集中器2，集中器2匯總燃氣度數后將此燃氣度數發送至控制端1。

燃氣表4的顯示模塊6實時顯示當前時間、本月累計燃氣度數、上月累計燃氣度數，當前時間由時鐘模塊13提供，時間數據包括年、月、日、周、時、分、秒。

燃氣表4的第二燃氣傳感器7檢測室內燃氣濃度發送至第三微控制器10，第三微控制器10將接收到的燃氣濃度數據和事先設定的燃氣濃度閾值上限進行比較，如果大于所述閾值上限則啟動第二聲光報警模塊5進行報警。同時，第三微控制器10通過第三zigbee模塊11發送報警信號至采集終端3，采集終端3的第二微控制器18再通過第二zigbee模塊19發送報警信號至集中器2，集中器2的第一微控制器27通過閥門控制器24關閉本幢居民樓的電控燃氣閥門，防止發生火災事故。

燃氣表4的第二溫度傳感器8檢測室內溫度發送至第三微控制器10，第三微控制器10將接收到的溫度數據和事先設定的溫度閾值上限（如50℃）進行比較，如果大于所述閾值上限啟動第二聲光報警模塊5，發出報警聲音并閃爍發光進行報警。同時，第三微控制器10通過第三zigbee模塊11發送報警信號至采集終端3，采集終端3的第二微控制器18再通過第二zigbee模塊19發送報警信號至集中器2，集中器2的第一微控制器27通過閥門控制器24關閉本幢居民樓的燃氣閥門。

采集終端3的第一燃氣傳感器16檢測采集終端3所在環境的燃氣濃度發送至第二微控制器18，第二微控制器18將接收到的燃氣濃度數據和事先設定的燃氣濃度閾值上限進行比較，如果大于所述閾值上限則啟動第一聲光報警模塊15進行報警。

采集終端3的溫度傳感器檢測采集終端3所在環境的溫度發送至第二微控制器18，第二微控制器18將接收到的溫度數據和事先設定的溫度閾值上限（如45℃）進行比較，如果大于所述閾值上限啟動第一聲光報警模塊15，發出報警聲音并閃爍發光進行報警。

管理員可任意時刻通過控制端1發送抄表命令至集中器2，集中器2接收到命令后發送抄表命令至采集終端3，采集終端3接收到命令后發送抄表命令至燃氣表4，燃氣表4接收到命令后將此時累計的燃氣度數通過采集終端3、集中器2層層接收、匯總后發送至控制端1。

當燃氣表4的第二燃氣傳感器7檢測到室內燃氣濃度過高時發送信號至第三微控制器10，由第三微控制器10通過第三gsm模塊12發送報警內容“檢測到燃氣濃度過高”至用戶手機進行報警；并且當燃氣表4的第二溫度傳感器8檢測到室內環境溫度過高時也發送信號至第三微控制器10，由第三微控制器10通過第三gsm模塊12發送報警內容“檢測到溫度過高”至用戶手機進行報警。

當燃氣表4的第二燃氣傳感器7檢測到室內燃氣濃度過高時發送信號至第三微控制器10，由第三微控制器10通過顯示模塊6顯示異常情況狀態“異常:燃氣濃度過高”；并且當燃氣表4的第二溫度傳感器8檢測到室內環境溫度過高時也發送信號至第三微控制器10，由第三微控制器10通過顯示模塊6顯示異常情況狀態“異常:溫度過高”，正常情況下，顯示模塊6顯示燃氣數值和日期。

當采集終端3的第一燃氣傳感器16檢測到采集終端3所在環境的燃氣濃度過高時發送信號至第二微控制器18，由第二微控制器18通過第二gsm模塊20發送報警內容“檢測到燃氣濃度過高”至管理員手機進行報警；并且當采集終端3的第一溫度傳感器17檢測到采集終端3所在環境的溫度過高時也發送信號至第二微控制器18，由第二微控制器18通過第二gsm模塊20發送報警內容“檢測到溫度過高”至管理員手機進行報警。

管理員可用手機通過gsm通信方式發送抄表命令短信至任意一個集中器2的第一gsm模塊28，集中器2通過第一gsm模塊28將存儲的燃氣度數發送回管理員的手機。

管理員可用手機通過藍牙通信方式發送抄表命令至任意一個集中器2的藍牙模塊23，集中器2通過藍牙模塊23將存儲的燃氣度數發送回所述管理員手機。

最后應說明的是：上述具體實施方式用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，對于本技術領域的普通技術人員依然可以對實施例所闡述的技術方案進行修改，而對本發明做出的任何修改和改變也應視為本發明的保護范圍。