一种基于ZigBee的无线燃气抄表系统的制作方法

本发明涉及一种无线燃气抄表装置，尤其是基于zigbee技术的火灾预警智能无线燃气抄表系统。

背景技术：

随着城市化进程的不断推进，燃气的使用越来越普及，燃气公司用户数量不断增长，若采用传统的人工抄表方式，人力成本和时间成本较高，存在着抄表人员工作效率低、数据采集时间滞后、难以分时计费、燃气收费部门支出大等弊端。智能无线燃气抄表系统可以自动抄表，提高燃气抄表效率，节约燃气管理部门大量人力物力，提升燃气系统智能化水平，是燃气抄表方式的发展方向。

燃气逐步进入居民家中，给生活提供了诸多便利，也同时增加了安全隐患，因燃气泄漏导致的火灾等事故时有发生。

目前，公知的燃气抄表系统主要由燃气表、采集器、集中器和主站等设备组成，采集器采集各用户燃气表中的燃气使用度数等数据，然后通过传输网络将数据传送到上一级的设备集中器中，集中器收集各采集终端的数据，进行处理存储，并能和主站进行数据交换。但是，这些燃气抄表系统无法通过包含zigbee通信在内的多种无线通信方式进行自组网远程自动抄表，且不能实时监测室内环境，当出现燃气泄漏的突发情况时不能及时处理，容易延误最佳处理时机，难以阻止火灾的发生。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：克服现有的燃气抄表系统不能实时监测室内环境、当出现燃气泄漏等突发情况时不能及时处理的不足,本发明提供一种燃气抄表系统，该燃气抄表系统不仅能实现智能远程无线抄表，而且能实时监测室内环境，当环境中燃气浓度过高或者温度过高时，自动报警。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于zigbee的无线燃气抄表系统，包括一个控制端、至少一个集中器、至少一个采集终端和至少一个燃气表；

所述控制端包括一台服务器和一个第一gprs通信模块，所述第一gprs通信模块与服务器连接，所述第一gprs通信模块用于构建gprs通信通道；

所述集中器包含：蓝牙模块，用于通过蓝牙通信方式和管理员手机进行通信，接收管理员手机发送过来的数据或发送数据至管理员手机；阀门控制器，用于控制燃气阀门的开启和关闭；第一存储模块，用于存储采集到的燃气数据；第一zigbee模块，用于构建zigbee通信通道；第一微控制器，用于对集中器各模块进行控制；第一gsm模块，用于通过gsm通信方式和用户手机进行通信，接收用户手机发送过来的数据或发送数据至用户手机；第二gprs通信模块，用于构建gprs通信通道；第一电源模块，用于为集中器各模块提供电压大小合适且稳定的电源；

所述采集终端包含：第一声光报警模块，用于采集终端所处环境的燃气浓度过高或温度过高的异常情况时发出报警声音并闪烁发光进行报警；第一燃气传感器，用于检测采集终端所处环境的可燃气体浓度；第一温度传感器，用于检测采集终端所处环境的温度值；第二微控制器，用于对采集终端各模块进行控制；第二zigbee模块，用于构建zigbee通信通道；第二gsm模块，用于通过gsm通信方式和用户手机进行通信，接收用户手机发送过来的数据或发送数据至用户手机；第二存储模块，用于存储采集到的燃气数据；第二电源模块，用于为采集终端各模块提供电压大小合适且稳定的电源；

所述燃气表包含：第二声光报警模块，用于燃气表所处环境出现燃气浓度过高或温度过高的异常情况时发出报警声音并闪烁发光进行报警；显示模块，用于显示时间、计量得到的燃气度数和检测出的异常情况状态；第二燃气传感器，用于检测燃气表所处环境的可燃气体和一氧化碳气体浓度；第二温度传感器，用于检测燃气表所处环境的温度值；计量模块，用于采集消耗的燃气数据；第三微控制器，用于对燃气表各模块进行控制；第三zigbee模块，用于构建zigbee通信通道；第三gsm模块，用于通过gsm通信方式和用户手机进行通信，接收用户手机发送过来的数据或发送数据至用户手机；时钟模块，用于计时，提供实时时间数据，包括年、月、日、周、时、分、秒；第三电源模块，用于为燃气表各模块提供电压大小合适且稳定的电源；

每个采集终端通过zigbee通信方式与至少一个燃气表无线连接且数据通讯；每个集中器通过zigbee通信方式与至少一个采集终端无线连接且数据通讯；所有集中器通过gprs通信方式和控制端无线连接且数据通讯。

与现有技术相比，本发明的有益效果是，可以在智能无线远程抄表的同时，通过燃气传感器和温度传感器实时监测室内环境，发生燃气泄漏时自动报警并关闭燃气阀门，增加燃气设备使用安全性，防止火灾事故发生。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的示意图。

图2是无线燃气抄表系统的燃气表结构示意图。

图3是无线燃气抄表系统的采集终端结构示意图。

图4是无线燃气抄表系统的集中器结构示意图。

图中1.控制端，2.集中器，3.采集终端，4.燃气表，5.第二声光报警模块，6.显示模块，7.第二燃气传感器，8.第二温度传感器，9.计量模块，10.第三微控制器，11.第三zigbee模块，12.第三gsm模块，13.时钟模块，14.第三电源模块，15.第一声光报警模块，16.第一燃气传感器，17.第一温度传感器，18.第二微控制器，19.第二zigbee模块，20.第二gsm模块，21.第二存储模块，22.第二电源模块，23.蓝牙模块，24.阀门控制器，25.第一存储模块，26.第一zigbee模块，27.第一微控制器，28.第一gsm模块，29.第二gprs通信模块，30.第一电源模块。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚，下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件的表示和描述。

实施例1参考图1，一种基于zigbee的无线燃气抄表系统，包括一个控制端1、至少一个集中器2、至少一个采集终端3和至少一个燃气表4；

所述控制端1包括一台服务器和一个第一gprs通信模块，所述第一gprs通信模块与服务器连接，所述第一gprs通信模块用于构建gprs通信通道；

所述集中器2包含：蓝牙模块23，用于通过蓝牙通信方式和管理员手机进行通信，接收管理员手机发送过来的数据或发送数据至管理员手机；阀门控制器24，用于控制燃气阀门的开启和关闭；第一存储模块25，用于存储采集到的燃气数据；第一zigbee模块26，用于构建zigbee通信通道；第一微控制器27，用于对集中器2各模块进行控制；第一gsm模块28，用于通过gsm通信方式和用户手机进行通信，接收用户手机发送过来的数据或发送数据至用户手机；第二gprs通信模块29，用于构建gprs通信通道；第一电源模块30，用于为集中器2各模块提供电压大小合适且稳定的电源；

所述采集终端3包含：第一声光报警模块15，用于采集终端3所处环境的燃气浓度过高或温度过高的异常情况时发出报警声音并闪烁发光进行报警；第一燃气传感器16，用于检测采集终端3所处环境的可燃气体浓度；第一温度传感器17，用于检测采集终端3所处环境的温度值；第二微控制器18，用于对采集终端3各模块进行控制；第二zigbee模块19，用于构建zigbee通信通道；第二gsm模块20，用于通过gsm通信方式和用户手机进行通信，接收用户手机发送过来的数据或发送数据至用户手机；第二存储模块21，用于存储采集到的燃气数据；第二电源模块22，用于为采集终端3各模块提供电压大小合适且稳定的电源；

所述燃气表4包含：第二声光报警模块5，用于燃气表4所处环境出现燃气浓度过高或温度过高的异常情况时发出报警声音并闪烁发光进行报警；显示模块6，用于显示时间、计量得到的燃气度数和检测出的异常情况状态；第二燃气传感器7，用于检测燃气表4所处环境的可燃气体和一氧化碳气体浓度；第二温度传感器8，用于检测燃气表4所处环境的温度值；计量模块9，用于采集消耗的燃气数据；第三微控制器10，用于对燃气表4各模块进行控制；第三zigbee模块11，用于构建zigbee通信通道，第三gsm模块12，用于通过gsm通信方式和用户手机进行通信，接收用户手机发送过来的数据或发送数据至用户手机；时钟模块13，用于计时，提供实时时间数据，包括年、月、日、周、时、分、秒；第三电源模块14，用于为燃气表4各模块提供电压大小合适且稳定的电源；

每个采集终端3通过zigbee通信方式与至少一个燃气表4无线连接且数据通讯；每个集中器2通过zigbee通信方式与至少一个采集终端3无线连接且数据通讯；所有集中器2通过gprs通信方式和控制端1无线连接且数据通讯。

具体应用中，如图2所示，燃气表4，包括第二声光报警模块5，显示模块6，第二燃气传感器7，第二温度传感器8，计量模块9，第三微控制器10，第三zigbee模块11，第三gsm模块12，时钟模块13和第三电源模块14；第二声光报警模块5和第三微控制器10相连，显示模块6和第三微控制器10相连，第二燃气传感器7和第三微控制器10相连，第二温度传感器8和第三微控制器10相连，计量模块9和第三微控制器10相连，第三zigbee模块11和第三微控制器10相连，第三gsm模块12和第三微控制器10相连，时钟模块13和第三微控制器10相连，第三电源模块14供电。

所述燃气表4包含长方形外壳。所述第二声光报警模块5包含蜂鸣器和led灯（发光二极管）。所述显示模块6采用12864lcd（液晶显示屏）。所述第二燃气传感器7型号为mq-9，可检测甲烷、液化石油气等可燃气体和一氧化碳气体，适用广泛，安全性高。所述第二温度传感器8采用ds18b20集成芯片。所述计量模块9包含膜式燃气计量组件。所述第三微控制器10和第三zigbee模块11采用cc2530集成芯片。所述第三gsm模块12采用sim800c集成芯片。所述时钟模块13采用ds12c887集成芯片，其可计算秒、分、小时、星期、日、月、年七种时间信息，带闰年补偿，自带晶体振荡器和锂电池，在没有外部电源的情况下可工作10年。所述第三电源模块14包含三块可充电式锂电池、一个ldo（低压差线性稳压器）降压芯片和一个ldo升压芯片。所述锂电池电压为3.7-4.2v，电池型号为18650，电池容量为3000mah，三块锂电池中的第一块连接ldo降压芯片，经降压为3.3v后为显示模块6、微控制器10和zigbee模块11供电，第二块锂电池连接ldo升压芯片，经升压为5v后为第二燃气传感器7、第二温度传感器8、时钟模块13供电，第三块锂电池给第三gsm模块12供电。

如图3所示，采集终端3，包括第一声光报警模块15，第一燃气传感器16，第一温度传感器17，第二微控制器18，第二zigbee模块19，第二gsm模块20，第二存储模块21和第二电源模块22；第一声光报警模块15和第二微控制器18相连，第一燃气传感器16和第二微控制器18相连，第一温度传感器17和第二微控制器18相连，第二zigbee模块19和第二微控制器18相连，第二gsm模块20和第二微控制器18相连，第二存储模块21和第二微控制器18相连，第二电源模块22供电。

所述采集终端3包含长方形外壳。所述第一声光报警模块15包含蜂鸣器和led灯（发光二极管）。所述第一燃气传感器16型号为mc107b。所述第一温度传感器17采用ds18b20集成芯片。所述第二微控制器18和第二zigbee模块19采用cc2530集成芯片。所述第二gsm模块20采用sim800c集成芯片。所述第二存储模块21采用at24c32集成芯片，其存储空间为4096x8（32k），具有2线串行接口，连线简单，使用方便。所述第二电源模块22包含三块可充电式锂电池、一个ldo降压芯片和一个ldo升压芯片。所述锂电池电压为3.7-4.2v，电池型号为26650，电池容量为4500mah，三块锂电池中的第一块连接ldo降压芯片，经降压为3.3v后为第二微控制器18和zigbee模块19供电，第二块锂电池连接ldo升压芯片，经升压为5v后第一燃气传感器16、第一温度传感器17、第二存储模块21供电，第三块锂电池给第二gsm模块20供电。

如图4所示，集中器2，包括蓝牙模块23，阀门控制器24，第一存储模块25，第一zigbee模块26，第一微控制器27，第一gsm模块28，第二gprs通信模块29和第一电源模块30；蓝牙模块23和第一微控制器27相连，阀门控制器24和第一微控制器27相连，第一存储模块25和第一微控制器27相连，第一zigbee模块26和第一微控制器27相连，第一gsm模块28和第一微控制器27相连，第二gprs通信模块29和第一微控制器27相连，第一电源模块30供电。

所述集中器2包含长方形外壳。所述蓝牙模块23采用hc-05模块。所述阀门控制器24包含信号接收和发送电路。所述第一存储模块25采用at24c64集成芯片，其存储空间为8192x8（64k），具有2线串行接口。所述第一微控制器27和第一zigbee模块26采用cc2530集成芯片。所述第一gsm模块28和第二gprs通信模块29采用sim800c集成芯片，sim800c集成芯片具有gsm和gprs两种通信模式。所述第一电源模块30包含三块可充电式锂电池、一个ldo降压芯片和一个ldo升压芯片。所述锂电池电压为3.7-4.2v，电池型号为26650，电池容量为4500mah，三块锂电池中的第一块连接ldo降压芯片，经降压为3.3v后为第一微控制器27和第一zigbee模块26供电，第二块锂电池连接ldo升压芯片，经升压为5v后为蓝牙模块23、阀门控制器24、第一存储模块25供电，第三块锂电池给第一gsm模块28和第二gprs通信模块29供电。

使用时，燃气表4安装在用户家中（每户一个），采集终端3安装在每幢居民楼各楼层中（每层一个），集中器2安装在每幢居民楼中（每幢一个），控制端1设置在燃气收费部门。每个燃气表4独立实时计量用户使用燃气度数并累计存储，每月固定时间（如每月1号）将累计的燃气度数通过第三zigbee模块11传输至采集终端3中，采集终端3汇总燃气度数后将此燃气度数发送至集中器2，集中器2汇总燃气度数后将此燃气度数发送至控制端1。

燃气表4的显示模块6实时显示当前时间、本月累计燃气度数、上月累计燃气度数，当前时间由时钟模块13提供，时间数据包括年、月、日、周、时、分、秒。

燃气表4的第二燃气传感器7检测室内燃气浓度发送至第三微控制器10，第三微控制器10将接收到的燃气浓度数据和事先设定的燃气浓度阈值上限进行比较，如果大于所述阈值上限则启动第二声光报警模块5进行报警。同时，第三微控制器10通过第三zigbee模块11发送报警信号至采集终端3，采集终端3的第二微控制器18再通过第二zigbee模块19发送报警信号至集中器2，集中器2的第一微控制器27通过阀门控制器24关闭本幢居民楼的电控燃气阀门，防止发生火灾事故。

燃气表4的第二温度传感器8检测室内温度发送至第三微控制器10，第三微控制器10将接收到的温度数据和事先设定的温度阈值上限（如50℃）进行比较，如果大于所述阈值上限启动第二声光报警模块5，发出报警声音并闪烁发光进行报警。同时，第三微控制器10通过第三zigbee模块11发送报警信号至采集终端3，采集终端3的第二微控制器18再通过第二zigbee模块19发送报警信号至集中器2，集中器2的第一微控制器27通过阀门控制器24关闭本幢居民楼的燃气阀门。

采集终端3的第一燃气传感器16检测采集终端3所在环境的燃气浓度发送至第二微控制器18，第二微控制器18将接收到的燃气浓度数据和事先设定的燃气浓度阈值上限进行比较，如果大于所述阈值上限则启动第一声光报警模块15进行报警。

采集终端3的温度传感器检测采集终端3所在环境的温度发送至第二微控制器18，第二微控制器18将接收到的温度数据和事先设定的温度阈值上限（如45℃）进行比较，如果大于所述阈值上限启动第一声光报警模块15，发出报警声音并闪烁发光进行报警。

管理员可任意时刻通过控制端1发送抄表命令至集中器2，集中器2接收到命令后发送抄表命令至采集终端3，采集终端3接收到命令后发送抄表命令至燃气表4，燃气表4接收到命令后将此时累计的燃气度数通过采集终端3、集中器2层层接收、汇总后发送至控制端1。

当燃气表4的第二燃气传感器7检测到室内燃气浓度过高时发送信号至第三微控制器10，由第三微控制器10通过第三gsm模块12发送报警内容“检测到燃气浓度过高”至用户手机进行报警；并且当燃气表4的第二温度传感器8检测到室内环境温度过高时也发送信号至第三微控制器10，由第三微控制器10通过第三gsm模块12发送报警内容“检测到温度过高”至用户手机进行报警。

当燃气表4的第二燃气传感器7检测到室内燃气浓度过高时发送信号至第三微控制器10，由第三微控制器10通过显示模块6显示异常情况状态“异常:燃气浓度过高”；并且当燃气表4的第二温度传感器8检测到室内环境温度过高时也发送信号至第三微控制器10，由第三微控制器10通过显示模块6显示异常情况状态“异常:温度过高”，正常情况下，显示模块6显示燃气数值和日期。

当采集终端3的第一燃气传感器16检测到采集终端3所在环境的燃气浓度过高时发送信号至第二微控制器18，由第二微控制器18通过第二gsm模块20发送报警内容“检测到燃气浓度过高”至管理员手机进行报警；并且当采集终端3的第一温度传感器17检测到采集终端3所在环境的温度过高时也发送信号至第二微控制器18，由第二微控制器18通过第二gsm模块20发送报警内容“检测到温度过高”至管理员手机进行报警。

管理员可用手机通过gsm通信方式发送抄表命令短信至任意一个集中器2的第一gsm模块28，集中器2通过第一gsm模块28将存储的燃气度数发送回管理员的手机。

管理员可用手机通过蓝牙通信方式发送抄表命令至任意一个集中器2的蓝牙模块23，集中器2通过蓝牙模块23将存储的燃气度数发送回所述管理员手机。

最后应说明的是：上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，对于本技术领域的普通技术人员依然可以对实施例所阐述的技术方案进行修改，而对本发明做出的任何修改和改变也应视为本发明的保护范围。