一种基于Android的热力小室浸水报警器

李 静 国

(太原市热力集团有限责任公司，山西 太原 030013)

在我国北方城市，随着城市的快速发展与环保节能降耗减排的要求，集中供热在城市基础建设中的地位越来越重要，各地供热企业迅速发展，供热面积与供热管网的铺设都在成倍增加。由于热力管网的不断延伸，作为供热管网重要组成部分的热力小室的数量也在不断增加。针对热力小室的巡视维护也愈发繁重，同时由于热力小室大多处在行车道路中央并深埋地下，在巡视过程中反复的下井作业不仅会受到井下有毒有害气体的威胁，也会受到道路上来往的通行车辆安全威胁。

针对上述问题本文介绍一种基于Android开发的热力小室浸水报警器。该报警安装于热力小室井壁上通过液位开关判断小室内有无浸水积水情况，如有浸水积水发生，报警器自动通电并向调度中心发送报警短信。基于Android的核心控制报警器除了能对是否有浸水积水进行报警还能自动检测小室内温度、湿度及有毒有害气体含量。

1 热力小室的概念及特点

热力小室又叫热力管道阀门控制井，一般根据热力管网的走向建设在路面以下。主要安装有补偿器、泄水阀、排气阀以及关断阀等设备。由于大多都深埋地下，其工况环境湿度高经常可以达到饱和湿度；在冬季运行期间温度高并伴有水蒸气；同时小室内没有可用常备电源线路的接入，手机信号等无线信号均无法稳定覆盖。在现有条件下对其进行巡视检查作业需要对相关道路进行小范围封闭并长时间通风后才能下井作业查看是否有浸水情况发生。

2 设计要求及设计思路

2.1 设计要求

结合热力小室的工况特点小室浸水报警器就需要具备以下技术要求：自备电源、自动运行、具备无线信号发射能力、可以耐受高温高湿的严酷工况，同时还需具备对小室内部温度湿度、有毒有害气体的检测功能。

2.2 设计思路

1)供电部分。如前文所述，热力小室内没有电源线路接入，本报警器通过自备锂电池解决产品供电问题，同时通过安装液位开关对设备启停进行控制，当发生浸水有积水时液位开关浮阀上升形成电路通路；没有发生浸水时设备则不会通电启动。这种机制不仅可以对热力小室内是否发生浸水存有积水进行判断，同时还可以最大限度的节省自备锂电池的电量，延长待机时长。

2)数据采集。通常热力小室是一个密闭空间，当有水浸入后容易产生甲烷等有毒有害气体，在常规的小室巡视检查维护作业时，工作人员进入小室前都要对小室进行排气通风，并且进行有毒有害气体的检测。本报警器除了可以对小室浸水情况进行报警，在报警器启动工作后还可以通过配置的有毒有害气体检测模块，对有毒有害气体进行初步检测；同时通过报警器配置的温湿度传感器，对小室内发生浸水后的温度进行采集，并将采集到的信息发送至信息接收端。可以让小室维护检修人员，在接到浸水报警的同时也能对小室内温度、湿度以及有毒有害气体情况有初步认识，方便进一步展开工作。

3)数据传输。快速准确的报警发布方式是该热力小室浸水报警器设计难点，由于多数热力小室深埋地下，在小室内通常没有任何稳定无线通讯信号可以覆盖，数据传输方式的选型在设计初期尝试过使用170 MHz无线数传方式与手机GSM,GPRS以及4G信号PTN内网传输方式。经过反复测试GSM短信通讯方式信号稳定，信号穿透能力强，通常地面穿透距离为50 cm，在使用时可将报警装配的延长天线横向安置在距离井盖20 cm的井壁内可以保证通讯信号的正常连接，已解决数据传输问题。

3 硬件选型

参见产品接线图见图1。

3.1 Arduino控制板

Arduino是该报警器的核心，是一种基于单片机系统的开源电子产品开发平台，本设计使用arduino uno控制板，其参数如下：工作电压5 V；处理器ATmega328；时钟频率16 MHz；输入电压7 V～12 V；Flash内存32 kB。可以提供数字信号，模拟信号控置同时支持串口通讯。其编程语言简单，并配有托块式编辑软件，直接调用简单实用的函数就可以实现应用功能。

3.2 GSM通讯芯片

GSM模块具有发送SMS短信，语音通话，GPRS数据传输等基于GSM网络进行通信的所有基本功能。 可以向受用端以手机短信的形式发送报警信息，该热力小室浸水报警器优选的SIM800C芯片，支持850 MH/900 MH/1 800 MH/1 9 00 MH四频通讯，低功耗可实现GSM及GPRS通讯功能，可加装延长天线并可将延长天线铺设至距离井盖20 cm的设计安装要求位置。支持5 V/3.3 V单片机电源供电。

3.3 温湿度传感器

该报警器通过优选的温湿度传感器为DTH11模块以实现温湿度的变送，其湿度测量范围：20%～95%；湿度测量误差：±5%；温度测量范围：0 ℃～50 ℃；温度测量误差：±2 ℃；工作电压3.3 V～5 V；输出形式：数字输出，体积小便于集成安装。

3.4 有毒有害气体检测

有毒有害气体传感器优选MQ135模块，工作电压为3.3 V～5 V；输出形式：数字输出，适宜用于氨气、芳族化合物、硫化物、苯系蒸汽的探测。

3.5 液位开关

液位开关选型为塑料材质直流Max36 V 50 mm，即当小室内水深超过50 mm时即可触发开关。该开关装置结构简单，耐热耐腐蚀。

4 具体实施方式

设备安装示意图如图2所示。

通常情况，热力小室设在地面下方距离地面有一定距离处，热力管道横向固定在小室中央。当小室内浸水时，水位上升超过50 mm时液位开关控制报警器开启供电，arduino uno开始工作通过DTH11,MQ135模块开始采集小室内温度、湿度、有毒有害气体信息参数，并通过GSM 通讯模块将采集到的信息按照可设置的时间间隔以短信形式向地面上接收端发送报警信息。在接收端将在每个小室中安装的报警器SIM卡号与小室名进行通讯录关联即可知道哪个小室发送浸水情况。由于小室内没有电源，报警器采用锂电池供电，只有在浮球开关启动时报警器才工作，锂电池理论上可以连续工作3年～4年。小室由于深埋地下，没有稳定的手机等无线通讯信号覆盖，移动手机通讯信号的地面穿透距离为50 cm左右，为增强信号保证使用效果，在安装时需在小室井壁距井盖20 cm以内位置横向钻孔，用于安放天线。小室内湿浸水时湿度可能达到饱和所以报警器制作时外壳需要做防水处理。

5 结论

该热力小室浸水报警器可以实现自动报警、及时报警、防止浸水过深或温度过高而引发的安全事故；通过在小室底部安装液位开关，控制报警器的开启运行，进而向地面上接收端发送报警信息，避免了以往靠人工巡视费时费力、安全性差等问题。采用锂电池供电，还可以解决通常的热力小室报警器供电困难、防潮质量差以及没有手机信号等问题。

在该热力小室浸水报警器开发过程中，产品的防水处理尤其是防止冬季管网运行产生的蒸汽侵蚀上一直没有找到更好的工艺方法，目前还只能局限在橡胶垫片加防水胶封的办法。但温度过高后容易出现蒸汽侵蚀的情况。在通讯方式解决上还需继续探索使用通讯成本更低的170 MHz数传模块的通讯方式的介入。同时随着石墨烯电池的普及应用以及5G时代的来临也应该进一步了解，寻求是否可以在小室内加装大容量可充电电源实现对小室内补偿器工作状态检测报警，关断阀工作状态的检测控制等功能应用。