燃气管道检测系统设计与研究

马丽 朱志清 郝瑞林

摘   要：本文以实时检测天然气管道燃气为主题，以维护管道安全为目的，设计与研究一套可以实现检测管道各监测点燃气压力和温度的系统。系统主要采用STM32作为核心单片机，结合无线通讯手段传送管道各监测点燃气的温度与压力信号，在上位机上实时显示相关数据，当温度或压力超出限值，则系统可及时报警并显示事故监测点位置与当前数值，同时启动相应措施，有效监测管道运行状况。

关键词：STM32  无线传输  温度  压力  监控

中图分类号：TP27                                   文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2020）06（c）-0032-02

1  系统组成

管道是天然气的主要运输手段，实时监测管道天然气状态、快速准确报告处理泄漏事故尤为重要。燃气管道检测系统以STM32F4单片机为核心处理器，接收并处理管道各区域位置的温度及压力信号，将信号通过串口传送给网关设备，并利用无线技术将数据传输给上位机云平台，同时在云平台实时显示各监控点的温度值、压力值以及各监控点的位置。一旦信号出现异常，数据超出设定阀值时，云平台立即报警并显示故障点，同时可通过操作云平台触动继电器以关闭故障阀门，避免事故的发生。

系统整体设计的框图如图1。

2  系统硬件设计

该监测系统接入设备主要由STM32单片机、温度及压力传感器、继电器模块和无线模块组成。

2.1 单片机模块

STM32系统电路主要涉及电源供电、时钟、复位和调试。

电源电路：电源可用12V直流电压，经电压转换芯片转换输出5V及3.3V直流电压。5V电压供给继电器模块和无线模块，3.3V电压供给 STM32主芯片和温度、压力传感器。

时钟电路：系统时钟的频率为168MHz，由外部8M晶振提供，系统各总线时钟频率可由系统时钟分频得到。

复位电路：STM32主芯片的复位引脚电路为低电平复位，设计RESET引腳高电平为非复位状态，按下S1时变为低电平，此时系统复位。

调试电路：调试电路采用JTAJ接口电路同时兼容SWD下载模式进行代码的下载和调试。

2.2 传感器模块及无线传输模块

本系统信号采集采用BME280压力温度传感器，其具有IIC总线的接口，便于单片机访问。

该系统应用的是有人物联网技术有限公司的USR-NB700-BA无线模块，该模块通过采用网络透传模式，将NB-IoT设备的ID绑定到透传云服务器， 透传云服务器根据设备ID进行数据的接收与发送，通过简单的AT指令设置，即可实现数据双向、透明、远距离无线传输。

3  系统软件设计

3.1 软件设计

本系统以STM32微处理器为核心器件，通过传感技术，将信号转变为电路信号，并以无线传输方式为基础，实现数据传递。系统上电后初始化CPU、串口、温度和压力传感器模块、继电器模块及NB-IoT无线模块，单片机在接收传感器信号后，将数据通过RS485串口模块传送给NB-IoT无线网络转换模块，将信号通过NB-IoT无线基站传送至云平台。单片机主程序流程如图2所示。

3.2 数据处理

单片机采集传输控制器与温度压力传感器通过RS485进行总线通信，NB-IoT接收到STM32串口数据，通过UDP协议上传给透传云服务器。使用NB-IoT前，通过配置软件将NB-IoT设置为CMD工作模式，并设置透传云的IP地址和端口号，再通过发送AT指令实现正常通信。

4  结语

本文以STM32为核心单片机，通过传感技术，将信号转变为电路信号，并以无线传输方式为基础，完成了基于STM32的燃气管道的监测系统的设计，同时采用云平台显示、储存数据，实现了燃气泄露监测的可视化管理。此监测系统的设计对维护天然气管道安全具有很大的实用价值和较高的社会现实意义。

参考文献

[1] 马荣华， 欧阳缮，王鲁豫.无线传感器网络环境监测系统设计与实现[J].桂林电子科技大学学报，2019（1）：43-47.

[2] 郭兴，魏立明，郭庆伟.基于STM32的综合管廊中燃气泄漏的检测系统设计[J].北方建筑，2019（3）：79-82.

[3] 孙英，汤帅鹏，赵欢欢.STM32单片机及 NB-IoT 的智能快递包裹箱设计[J].实验技术与管理，2019（10）：148-151.

[4] 左培良，周琴，梁春光.基于NB-IoT的物联网应用[J].电子技术与软件工程，2019（3）：14.

[5] 杜晓岚，张磊.基于STM32的智能家居环境监测系统设计[J].自动化技术与应用，2019（39）：172-175.

[6] 焦娇娜， 玉建军， 韩克顺，等. 城市燃气管网泄漏检测系统构建与实验设计[J]. 煤气与热力， 2013（7）：26-30.

[7]高松巍， 刘博. 燃气管道泄漏检测及定位技术的研究[J]. 电子质量， 2008（04）：34-36.