馬麗 朱志清 郝瑞林

摘? ?要：本文以實時檢測天然氣管道燃氣為主題，以維護管道安全為目的，設計與研究一套可以實現(xiàn)檢測管道各監(jiān)測點燃氣壓力和溫度的系統(tǒng)。系統(tǒng)主要采用STM32作為核心單片機，結合無線通訊手段傳送管道各監(jiān)測點燃氣的溫度與壓力信號，在上位機上實時顯示相關數(shù)據(jù)，當溫度或壓力超出限值，則系統(tǒng)可及時報警并顯示事故監(jiān)測點位置與當前數(shù)值，同時啟動相應措施，有效監(jiān)測管道運行狀況。

關鍵詞：STM32? 無線傳輸? 溫度? 壓力? 監(jiān)控

中圖分類號：TP27? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）06（c）-0032-02

1? 系統(tǒng)組成

管道是天然氣的主要運輸手段，實時監(jiān)測管道天然氣狀態(tài)、快速準確報告處理泄漏事故尤為重要。燃氣管道檢測系統(tǒng)以STM32F4單片機為核心處理器，接收并處理管道各區(qū)域位置的溫度及壓力信號，將信號通過串口傳送給網(wǎng)關設備，并利用無線技術將數(shù)據(jù)傳輸給上位機云平臺，同時在云平臺實時顯示各監(jiān)控點的溫度值、壓力值以及各監(jiān)控點的位置。一旦信號出現(xiàn)異常，數(shù)據(jù)超出設定閥值時，云平臺立即報警并顯示故障點，同時可通過操作云平臺觸動繼電器以關閉故障閥門，避免事故的發(fā)生。

系統(tǒng)整體設計的框圖如圖1。

2? 系統(tǒng)硬件設計

該監(jiān)測系統(tǒng)接入設備主要由STM32單片機、溫度及壓力傳感器、繼電器模塊和無線模塊組成。

2.1 單片機模塊

STM32系統(tǒng)電路主要涉及電源供電、時鐘、復位和調(diào)試。

電源電路：電源可用12V直流電壓，經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換輸出5V及3.3V直流電壓。5V電壓供給繼電器模塊和無線模塊，3.3V電壓供給 STM32主芯片和溫度、壓力傳感器。

時鐘電路：系統(tǒng)時鐘的頻率為168MHz，由外部8M晶振提供，系統(tǒng)各總線時鐘頻率可由系統(tǒng)時鐘分頻得到。

復位電路：STM32主芯片的復位引腳電路為低電平復位，設計RESET引腳高電平為非復位狀態(tài)，按下S1時變?yōu)榈碗娖?，此時系統(tǒng)復位。

調(diào)試電路：調(diào)試電路采用JTAJ接口電路同時兼容SWD下載模式進行代碼的下載和調(diào)試。

2.2 傳感器模塊及無線傳輸模塊

本系統(tǒng)信號采集采用BME280壓力溫度傳感器，其具有IIC總線的接口，便于單片機訪問。

該系統(tǒng)應用的是有人物聯(lián)網(wǎng)技術有限公司的USR-NB700-BA無線模塊，該模塊通過采用網(wǎng)絡透傳模式，將NB-IoT設備的ID綁定到透傳云服務器， 透傳云服務器根據(jù)設備ID進行數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送，通過簡單的AT指令設置，即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向、透明、遠距離無線傳輸。

3? 系統(tǒng)軟件設計

3.1 軟件設計

本系統(tǒng)以STM32微處理器為核心器件，通過傳感技術，將信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娐沸盘?，并以無線傳輸方式為基礎，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞。系統(tǒng)上電后初始化CPU、串口、溫度和壓力傳感器模塊、繼電器模塊及NB-IoT無線模塊，單片機在接收傳感器信號后，將數(shù)據(jù)通過RS485串口模塊傳送給NB-IoT無線網(wǎng)絡轉(zhuǎn)換模塊，將信號通過NB-IoT無線基站傳送至云平臺。單片機主程序流程如圖2所示。

3.2 數(shù)據(jù)處理

單片機采集傳輸控制器與溫度壓力傳感器通過RS485進行總線通信，NB-IoT接收到STM32串口數(shù)據(jù)，通過UDP協(xié)議上傳給透傳云服務器。使用NB-IoT前，通過配置軟件將NB-IoT設置為CMD工作模式，并設置透傳云的IP地址和端口號，再通過發(fā)送AT指令實現(xiàn)正常通信。

4? 結語

本文以STM32為核心單片機，通過傳感技術，將信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娐沸盘?，并以無線傳輸方式為基礎，完成了基于STM32的燃氣管道的監(jiān)測系統(tǒng)的設計，同時采用云平臺顯示、儲存數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了燃氣泄露監(jiān)測的可視化管理。此監(jiān)測系統(tǒng)的設計對維護天然氣管道安全具有很大的實用價值和較高的社會現(xiàn)實意義。

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