基于物联网的智能燃气阀门控制系统设计与关键技术分析

李金陆

摘 要 随着城市燃气的普及和人们安全意识的提高，燃气设备的安全管理成为社会关注的重点，尤其是使用钢瓶燃气的用户，燃气钢瓶的安全风险更高，一旦出现安全事故，也更易引起人们的恐慌心理。本文基于物联网技术，设计了燃气智能阀门的控制系统，为降低燃气钢瓶的安全隐患，提升燃气钢瓶的安全度提供借鉴与参考。

关键词 物联网技术;智能燃气阀门;燃气安全

随着城镇化进程的加快，城市之中燃气的普及率不断上升，无论是管道燃气还是钢瓶燃气，选择使用燃气来提供能源已经非常普遍。管道燃气在维护与安全管理中，燃气管理部门能够通过管道数据的追踪和用户之间的互动交流实现安全管理和安全监测，而钢瓶燃气存在着经营管理混乱，甚至有违规操作的现象，严重影响了燃气的安全管理，影响人们的生命安全[1]。本文对物联网技术之下的燃气阀门控制系统进行分析，提出了智能化的燃气阀门控制设计方法，提升了传统燃气阀门的安全性和功能性，降低了燃气的安全隐患，对燃气的安全管理和人民的正常生活有重要的价值。

1智能燃气阀门的控制系统需求

本文所探讨的智能燃气阀门是在传统智能燃气阀门的基础之上进行升级改造的，包括對燃气阀门，充气枪、定位功能和远程监控系统，将传统的燃气阀门变身成为能够实现智能定位，防拆，防充，信息跟踪等多种功能。防拆功能能够保证安装这一阀门的燃气管理单位能够实现对钢瓶燃气的有效管理，防止因用户随意拆卸阀门装置，影响后续的管理追踪;防充功能是为了控制钢瓶燃气的燃气来源，只能在指定的有资质燃气充装地点进行燃气充装，保证了气体的质量;信息追踪功能能够记录钢瓶的生产与使用信息，芯片能够实现对钢瓶的远程监控，实现长期的安全追踪管理;定位功能既能防止燃气钢瓶被盗，也能防止不合格的钢瓶再次流入市场或者钢瓶超期服役。此外，燃气钢瓶的智能燃气阀门控制系统需要电池供应的部分都远离钢瓶的阀门，而装在钢瓶瓶身的防爆盒中，提升智能燃气阀门的安全性。

一方面实现了燃气管理部门对钢瓶燃气来源与使用时限的监控管理，避免了来源不明的黑心燃气钢瓶造成社会危害，又提升了燃气钢瓶的管理效率，对钢瓶的信息追踪能够实现钢瓶的找回和燃气安全管理的追踪与回访，有利于将钢瓶燃气也纳入到管道燃气的管理范畴，提升燃气公司的管理效率。

2基于物联网的智能燃气阀门设计

2.1 设计思路

基于物联网的智能燃气阀门设计，防拆功能的原理是利用防拆杆与弹簧的组合，完成阀门安装之后弹簧上升将防拆杆弹出从而实现机械防拆的目的;防充的原理是在传统燃气阀门的基础之上装载磁铁阀芯，当不明来源的充气站对钢瓶进行充装时，阀芯中的磁铁吸住了贴片，铁片保持一定的倾斜度从而阻挡了外界的充气枪进行充装。当用户到正规充气站充气，打开阀门中的压力则使磁铁与铁片分离，可以正常充装燃气;信息追踪的设计原理是，当用户到正规燃气充气站进行充装时，充气枪上的读写器能够扫描阀门上的序列号，此时序列号的信息则会系统收集，当序列号信息与系统中已经存储的信息一致，则充气枪的电路导通，继电器的电路能够将电磁铁切断，从而使得电磁铁与铁片分离，正常充装燃气。充气枪的读写器还能够根据用户的情况将燃气每次充装数据进行写入，实现芯片信息的填充，结合定位系统，有利于对燃气钢瓶的安全监控管理[2]。

2.2 设计结构

根据需求和设计思路智能燃气阀门控制系统主要可分成四个部分，第一个部门是燃气阀门本身，也就是传统的燃气阀门，第二部分是装在瓶身上的控制系统，系统的控制器选用STM32单片机，加装无线导航远程定位系统和四频GSM/GPRS模块。第三个部门是装在充气枪上的芯片与读写器系统，装载RFID射频识别标签，WIFI无线传输系统，继电器等模块第四部分是位于燃气管理部门的远程监控管理服务器。

3基于物联网的智能燃气阀门控制系统的关键技术

基于物联网的智能燃气阀门控制系统涉及的技术主要是RFID无线射频技术、GPS定位技术、GPRS通信技术和WIFI无线传输技术四种主要技术[3]。

在智能燃气阀门控制系统中RFID无线射频技术在一般状态下，会不断发出射频信号，若有电子标签进入无线射频的视线则会产生共振，启动电子标签，电子标签回应射频器，将信息传输给读写器，再将信息传送到控制系统。GPS定位技术采取的是伪距定位法。GPRS技术是在GSM网络中加入GPRS网关节点和业务节点，创建无线数据传输系统，利用BSS基站系统分配信息资源。有数据传送时，信息首先传到GPRS终端再传送到基站，再传到业务节点和网关节点，之后GGSN节点对数据进行处理，再发到系统终端。

4基于物联网的智能燃气阀门控制系统的应用

首先，通过智能燃气阀门的软硬件设置之后，对智能燃气阀门控制系统进行测试。实验员将智能燃气阀门控制系统中的充气枪打开开关进行燃气的充装，之后换成普通充气枪对其进行充气，从而测试智能燃气阀门系统的运行状况，测试其防拆、防充、定位和追踪功能;其次，当智能燃气阀门通过了功能测试真正投入生产指挥，一方面需要提高充气站的质量检测和监测力度，保证充气站合规合规，将充气站也并入物联网智能管理系统，提升充气站的管理水平;再次，在利用GPS技术进行定位时，需要根据当地的实际情况，若地形较为复杂可并入WIFI定位、基站定位等其他定位技术共同实现对定位信号的确定，提升定位的精准性;最后，智能燃气阀门控制系统的研究是为了实现钢瓶燃气的数据化、智能化管理，增加钢瓶燃气用户的安全保障。因此，在实际的推广过程中需要进行一定的宣传普及，提升大众对钢瓶燃气安全性的重视程度，提高智能燃气阀门的接受度和配合度，才能充分发挥出智能燃气阀门的作用。

参考文献

[1] 周乃卿.城镇燃气管理中物联网技术的应用[J].居舍，2019（13）：172.

[2] 李杨.设备管理模式对城镇燃气设备管理分析影响[J].城市燃气，2019（2）：41-43.

[3] 俞翔，陈振农，王伟栋，等.燃气阀门井结构优化及应用设计计算[J].浙江建筑，2018，35（1）：21-24.