CC BY
109
УДК 621.317.733.011.4
Волков С.В., Никулин Е.Ю., Чапаев В.С.
GSM-информатор утечки газа
Взрывы и пожары, возникающие в результате утечки газа, к сожалению, не редкость. Статистика говорит о том, что 200-250 человек ежегодно гибнут от взрывов бытового газа. Это средневзвешенный показатель за прошедшее десятилетие. Кроме того, в последнее время усилилась угроза террористических актов, когда злоумышленники разрушают в жилых домах газовые магистрали, из-за чего происходят взрывы, и. к сожалению, существует вероятность эскалации террористических актов такого рода. Поэтому необходимо техническое решение для системы оповещения о возможном взрыве газа.
Те решения, которые сейчас предлагаются и реализуются, базируются на обычных технологиях, когда информация от датчиков, расположенных в подъездах, по кабелям передается в близлежащие диспетчерские пункты по обслуживанию лифтов. Например, в Москве реализуется программа установки в подъездах видеокамер, где сигнал от них поступает на мониторы в диспетчерские пункты и записывается на носители. В задачу дежурного входит одновременно контролировать ситуацию во всех подъездах. Но такое решение требует больших материальных, людских и временных ресурсов. Более перспективна система оповещения на основе сотовой сети.
На данный момент можно выделить несколько видов дистанционного контроля и оповещения:
- проводная линия;
- простой радиоканал;
- GSM-канал.
К достоинствам систем первого вида можно отнести высокую надёжность и высокую скорость доставки команды управления. К недостаткам - опасность механического повреждения линии связи, ограничение дальности действия, невозможность использования на мобильных объектах.
Вышеперечисленных недостатков лишены системы второго вида, но не всех. Остаётся ограничение по дальности ввиду ограниченной мощности передатчика.
Основные особенности и достоинства применения систем третьего вида (GSM-оповещения) следующие.
Во-первых, нет необходимости развертывать свою сеть приемопередатчиков. Используются приемопередатчики GSM-операторов. Вследствие этого можно брать под охрану объект везде, где уверенно работает сеть GSM-оператора, таким образом, радиус действия GSM-систем гораздо больше, чем других радиосистем. Во-вторых, нет необходимости платить за использование радиочастоты.
Посредством канала GSM возможно включение различных исполнительных устройств (электромагнитных клапанов отсечки газа, систем пожаротушения, систем громкой связи и т.п.). Включение/выключение прибора осуществляется в голосовом меню при звонке на контролируемый объект или SMS-сообщениями.
1
Таким образом, основные достоинства системы контроля через GSM-канал:
- низкие цены на трафик;
- огромные зоны охвата (ни одна обычная радиосистема не могла и не сможет покрыть подобные пространства);
- дополнительные сервисы (сопутствующие сервисы сотовой связи, такие как SMS, позволяют оказывать дополнительные услуги, дистанционная охрана выходит на новый качественный уровень);
- невысокая себестоимость системы;
- возможность непрерывного контроля состояния охраняемого объекта и управления им.
Для повышения безопасности эксплуатации газового оборудования разработана система информирования об утечке газа на удаленном объекте через GSM-канал, совместимая с разными моделями мобильных радиотелефонов (МРТ) и GSM-модемами.
Самый опасный газ, который может поразить человека в быту, это пропан (С3Н4), его взрывоопасная концентрация в воздухе составляет 2,1-9,5%. В качестве чувствительного элемента выбран датчик газа TGS2610 японской фирмы Figaro для регистрации пропана, природного газа и бутана. Схема включения датчика представлена на рис.1. В общем случае датчик состоит из керамической трубки, поверхность которой покрыта слоем резиста (например, SnO2- диоксид олова, легированный различными присадками), чувствительного к той или иной группе газов. В этом, в частности, состоит назначение легирующих присадок. Нагретое до температуры свыше +2000С, это покрытие реагирует на изменение концентрации газа, изменяя свое сопротивление. Нагревательный элемент - продетая в трубку электрическая спираль (выводы 1-4).
Датчик TGS2610 обладает хорошей чувствительностью при небольшом токе накала -56мА и питании 5В. Характеристики датчика для разных газов приведены на рис. 2. Диапазон изменения сопротивления Rs лежит в пределах 680Ом-6,8кОми и определяется выражением
Rs
V - V
r C Г RL t R
rl
2
При этом мощность выделяемая на резисторе Rs
Ps =
(Vc - Vrl)2
С целью уменьшения тока потребления датчика используется импульсный режим питания накала датчика.
Структурная схема информатора изображена на рисунке 3. Система информирования должна иметь универсальный интерфейс управления, доступный любому мобильному телефону владельца контролируемого объекта. Это означает, что будут использоваться основные функции сотовой связи:
- голосовой вызов;
- сервис передачи коротких сообщений (SMS).
Для информирования о состоянии датчиков контролируемого объекта через голосовой вызов использована специализированная микросхема воспроизведения звука, на которую записаны речевые сообщения. Для реализации управления использованы стандартные для телефонии DTMF-команды, которые работают практически на любом МРТ. В целях обеспечения универсальности использования МРТ разных марок и моделей, для управления МРТ использоваться стандартные для любого встроенного в МРТ модема команды - АТ-команды.
3
Рис. 3
1. БСУ - блок согласования уровней;
2. БРС - блок речевых сообщений;
3. МК - микроконтроллер;
4. ВЦ - входная цепь;
5. МУ - масштабирующий усилитель;
6. БИ - блок индикации;
7. БК - блок клавиатуры;
8. БКИУ - блок коммутации ИУ;
9. МРТ - мобильный радиотелефон;
10. ДТС - декодер тонального сигнала;
11. Д1-ДП - датчики;
12. ИУ 1-ИУп - исполнительные устройства;
13. БП - блок питания.
Технические характеристики GSM-информатора:
напряжение питания, В: 7 15;
потребляемый ток не более, А: 0,3;
- в дежурном режиме, мА: 4 0;
питание от аккумуляторной батареи, В: 12;
количество независимых исполнительных устройств: 8;
максимальный ток одного исполнительного устройства:
- выход с гальванической развязкой, А 3;
- логический выход, мА 15;
количество контролируемых датчиков: 8;
рабочий диапазон температур: -40°С _ +50°С.
4
Данная система имеет восемь входов для подключения датчиков, из которых четыре входа - логические, другие четыре входа могут быть как логические, так и аналоговые, в зависимости от требований.
Так как в устройстве реализовано удаленное управление исполнительными устройствами посредством передачи тонального сигнала DTMF, в устройстве установлен декодер тонального сигнала.
Для управления исполнительными устройствами предусмотрено четыре гальванически развязанных выхода и четыре пороговых выхода.
В качестве модуля отображения информации о работе устройства используется жидкокристаллический индикатор (две строки по двенадцать символов в каждой).
Для управления и ввода необходимых настроек предусмотрена клавиатура, состоящая из четырёх кнопок.
В устройстве реализовано питание и заряд аккумуляторной батареи МРТ от внешнего источника постоянного тока напряжением от 7 до 15В, а так же резервное питание от встроенной в МРТ аккумуляторной батареи напряжением 3,7В.
Алгоритм работы
При возникновении тревоги на одном из входов, устройство принимает решение о дальнейшем действии в зависимости от выбранного режима работы.
Режим 1. Блок информатора отправляет SMS-сообщение с указанием сработавшего датчика и производит контрольный голосовой звонок для подтверждения о получении SMS сообщения.
Режим 2. Устройство производит вызов на номер абонента. Если вызов окончился неудачей, блок информатора совершает дозвон на другой номер (например, номер экстренной службы), предварительно запрограммированный при настройке.
В случае отключения напряжения питания, прибор автоматически переходит на питание от аккумуляторной батареи и производит информирование абонента отправкой SMS-сообщения.
При необходимости удалённого управления различными нагрузками необходимо произвести вызов на номер блока информатора. И после ввода пароля доступа, с помощью клавиатуры телефона (DTMF команды) можно произвести включение или отключение различных исполнительных устройств.
Оснащение системой GSM-информатор жилых домов
Для этого в каждом доме в защищенном месте (например, в лифтовой) устанавливается один контроллер, к которому подключается необходимое количество датчиков утечки газа, располагающихся в местах возможного скопления газа. Для облегчения и ускорения монтажа можно реализовать обмен информацией между контроллером и датчиками по существующей сети 220В, без прокладки дополнительных кабелей. Современные датчики реагируют на концентрацию газа в 10 раз ниже взрывоопасной. В случае срабатывания какого-либо датчика, его номер, адрес дома и номер подъезда по сотовой сети передаются дежурному в газовую службу и полицию. В этом случае не требуется дополнительный персонал. Если газовую магистраль в доме доукомплектовать
5
электромагнитным клапаном, то он будет автоматически перекрыт, и тем самым прекращена утечка газа. Контроллер периодически опрашивает все датчики и, в случае их повреждения злоумышленником, не получив ответа от какого-то датчика, своевременно оповестит об этом.
Предлагаемая система может быть очень быстро развернута, практически не требует сложных монтажных работ, не нуждается в многочисленном обслуживающем персонале, стоит гораздо меньше, чем прокладка кабелей.
Используемые источники
1) Волков С.В., Бахмутский А. А., Сазыкин П.А. Принципы построения систем контроля удаленных объектов на базе GSM-канала // Надежность и качество. Труды международ. симпоз. В 2-х томах. Том 2. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2007. - С. 12 - 14.
2) Волков С.В., Бахмутский А. А., Сазыкин П.А. Аппаратный GSM контроль // Новые технологии в образовании, науке и экономике. Труды XVII-го Меж-дунар. Симп. - М.: Инф-изд. центр Фонда поддержки вузов, 2007. - С. 21 -27.
3) http://www.figaro.co.ip
4) http://www.ksytal.ru/public2 .htm
5) http://www.bw-t.ru/info/izm/
6
