摘要：随着科学技术发展，经济水平提高，地下管网的建设也越加普及。在城市建设中，地下网管作为重要的基础设施，对城市的发展具有重要的推动作用。但是，地下网管一般埋藏于地下相对封闭的空间内，容易造成危险气体的产生并集聚。地下有害气体的集聚会对人员、财产产生一定的威胁，严重者则产生安全事故。因此，采取GSM网络气体检测节点对地下网管的空气进行检测，从而确保其安全性。
关键词：地下管网；GSM网络；气体检测节点
地下管网中通风不良，容易造成气体的集聚，引发气体的爆炸或者造成人员伤亡。在地下管网中，集聚的有害气体包括甲烷、一氧化碳、硫化氢等。甲烷在空气中容易产生爆炸，一氧化碳择则为有毒气体对人类的健康产生威胁。在地下管网中，对气体的检测主要为甲烷、一氧化碳、硫化氢以及氧气。地下管网GSM网络气体检测节点设计，能够对危害气体进行实时监测，并且利用传输网络进行信息传输，以便于相关人员进行及时处理。在系统研究中，GSM网络的分布相对广泛，使用性能高，能够满足系统中数据传输的需求。因此，在系统中通过处理采集系气体检测信号，GSM网络将气体检测超过节点浓度的进行上传，并对数据汇总、检测，采取合理的应对措施。本文主要基于地下管网的了解，探讨GSM网络气体检测系统设计的合理性。
一．系统硬件设计
系统硬件设计包括传感器、处理单元、GPRS单元。其中，传感器单元对应有害气体的传感器，信号通过处理器被采集；处理器单元中有系统STM核心处理器，能够储存历史数据并记录；GPRA单元能够进行串行接口与处理器通信，完成数据的远程传输。系统硬件中的执行单元能够在控制警报，并在系统故障时控制信号。电源管理模块则负责电流的转换，满足系统中各个单元和硬件对电力的需求。
1.1传感器
在改系统中，传感器单位需要对甲烷、一氧化碳、硫化氢、氧气四种气体反应，并进行信号处理。在技术方面，催化燃烧式的传感器能对于可燃气来说相对较为成熟。催化燃烧式传感器是由一段串联的铂金丝绕制电子组成，其中一端电子覆有催化剂，一端电子没有催化剂。两端电子一端可作为检测端，一端则为参考端。当接通电流时，铂金丝变热。如果空气中没有可燃气，则两边的电阻值输出平衡；当如环境中检测存在可燃气，则覆有催化剂的一端，催化剂与氧气产生氧化反应，释放出热量使得一端温度升高、电阻增大。两端的电阻值不平衡，则分压改变。此时，传感器输出的信号与空气中可燃气的含量成正比。通过检测传感器带电子电压的变化，可以得出环境中有害气体的浓度。
另外，利用定位传感器可以对气体一氧化碳、硫化氢的浓度进行检测。一氧化碳、硫化氢作为毒性气体，其通过电化学原理能够将环境中气体的浓度变为电信号，再传播出去。电化学原理中，包括电解槽、电解液和电极零件。传感器中三个电极则为感应电极、对电极和参比电极。当有害气体中一氧化碳、硫化氢等进入敏感电极表面时，与感应电机、电解液和对电极之间能够产生氧化反应。而参比电极则用来提供恒定的电化学位，作为检测端的参考。如果气体通过传感器进入电解槽，则传感器中的吸收的被测气体发生氧化反应，并产生极限扩散电流。电流的强度与气体的浓度成正比。被测气体通过检测带电流后，得出气体的浓度。
原电池作为氧气的传感器，其内部零件包括透过膜、铅阳极电极、电解液等。当氧气透过渗透膜，能够与电解液的阳极产生氧化反应、阴极产生还原反应。如果电路存在负载，则电解产生的电流与氧的浓度成正比。
1.2处理器单元
在系统中，处理器能够为传感器信号进行采样，并完成A/D转换；对传感器信号进行校准；储存并读取记录；记录并设置信息；完成GSM模块的配置，并进行通信；产生警报信控制继电器动作。
1.3GPRS单元
在传感器系统中，GPRS单元主要包括GPRS模块、天线、SIM卡电路。GPRS单元具有较强的抗干扰能力。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆另外，GPRS网络覆盖面积越来越大，其能够为提高数据传输的稳定性，完成实时传输的需要。并且，GPRS的成本较低，适用于监测点比较分散的地区。
二．系统软件设计
系统软件设计中，软件系统中系统的各个功能分解为功能模块，进行结构设计。软件系统使用C语言完成编写。
系统中的处理器能够周期性的采集传感器采集的信号，并对信号进行滤波处理。在样本信号处理中，使用递推平均值算法能够降低信号干扰，提高信号处理的有效性，避免出现干扰造成的警报失误状况。再者，信息处理后，检测数据曲线变为平滑状态，能够满足用户的观感体验。在检测信号进行滤波处理之后，系统会对数据进行校正处理，根据数值所在的范围将其校正，从而有利于提高数值的线性度。在数据进行处理以后，将其与警报阈值进行对比分析。当信号数据一周的检测结果超过阈值时，将会认定为地下管网换环境中的有害气体浓度超标，系统产生警报反应。并且，系统中的处理器会记录数值，并传递经警报信息，控制执行单元产生动作。在处理器中，氧气作为下限报警值。空气中的标准含氧量为21%，如果测得的氧气含量低于阈值时，系统则会发出警报。
三．系统功能和优点
3.1系统功能介绍
在地下管网GSM网络气体检测节点设计系统，其能够对环境中有害气体的浓度进行检测和监控。并通过GSM网络完成数据的传输。数据在后端的检测平台内汇总，并进行相关的处理和分析。对于地下管网来说，当环境中有害气体的浓度超于阈值时，系统会发生警报。相关的工作人员可以根据系统的警报信号进行判断和处理，并通过及时的反应将危险降低到最小。在系统设计中，处理器单元能够完成对系统数据的存档和分析，并将记录生成报表，以便于数据信息的调取和使用。另外，通过对环境中有害气体浓度的检测，可以对地下管网中气体的危险状况进行排除，减少事故的出现。
3.2系统的优势
在系统设计中，使用GSM网络分布十广泛，且具有较强的稳定性，能够不受地域因素的限制，有效的传输数据。再者，系统中能够做到信息的实时传输。网络警报模式避免了人力资源的浪费，自动监测气体浓度的状况，能够提高检测的有效性，减低信息误报的可能。另外，自动检测能够给出精确的定位，有利于工作人员进行信息的处理和调整。再者，系统中的传感器系统测量精度高，具有较好的准确性。最后，系统具有较低的耗能设计，并且较容易扩充，有利于实际检测的使用。
四．结语
在地下管网气体GSM网络气体检测中，系统能够对甲烷、一氧化碳、硫化氢以及氧气的浓度进行有效的检测。在系统检测中，通过与标准气体计量验证，得出较为精确的检测结果。一般情况下，气体检测的误差不大于百分之5。另外，数据信息实施传递，检测数据的反应时间也相对较快。在流量300毫升每分钟的条件下，甲烷检测示值达到标准气体浓度90%所需时间小于30秒，而一氧化碳、硫化氢、氧气则小于90秒。在系统中，所使用的GPRS数据通信相对较为稳定，传输时限短，能够更加快速的传输气体浓度变化，并发出警报信号。因此，本系统在地下网管中，作为远程检测气体环境的办法，能够及时提醒相关人员做出反应，以避免发生危险事故。再者，使用远程检测系统能够减少人力巡查，节约了人力成本的支出，避免了资源的浪费。但是，在系统使用中要注意地下网管中环境的变化，减少系统误差。
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论文作者:卢铭
论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/30