城市管道燃气防泄漏检测系统的软件设计
管道运输是运输行业之一，具有环保，经济，方便等优势，在国民经济中扮演着不可或缺的角色。现在引进国内的油气资源越来越多，经济市场发展迅猛，未来仍会建设大批的油气管道。为了有效减少由泄漏引起的一些杂质物体，研究解决管道泄漏变的迫在眉睫。管道输送有很多交通运输所不具备的优势，尤其是大量，定向输送时，是不可代替的。管道运输在全球的运输行业都占着极大的比例，在运送石油，天然气等时显得尤为常见，管道输送的常见气体还有液化气，煤气，沼气等气体。管道运行越来越偏向自动化，因此对管道运行时候的状态需要时刻保持的监控和掌握。此次设计中当管道发生气体泄漏时，管道内燃气的流量就会比正常运行时的流量低，泄漏处的温度会降低。我们可以查找资料，找出正常流量允许的偏差范围，并通过容积式流量计实时监控，检测，利用DS18B20进行定位，看哪个区域的温度明显降低。然后把测得的数据和管道内允许偏差的最小值进行对比，以此来判断管道是否有漏气的现象。若测得的值偏小或温度明显低于正常温度，则会调用报警程序，从而使得蜂鸣器发出警报，来通知相关人员尽快处理。关键词 管道燃气，泄漏检测，报警
目 录
1 绪论 1
1.1课题背景与研究意义 1
1.2国内外现状分析 1
2 系统总体介绍 5
2.1系统功能介绍 5
2.2系统构成框图 5
2.3 系统硬件的相关简介 5
3 系统软件程序设计 11
3.1 系统总流程图 11
3.2系统软件程序流程 11
3.3编程语言的选择 11
3.4温度采集模块 12
3.5流量采集模块 14
3.6液晶显示模块 16
3.7 蜂鸣器报警模块 18
4 系统调试 20
4.1 软件程序的调试 20
4.2 编程及下载环境 20
4.3 硬件部分的调试 21
结 论 24
致 谢 25
参 考 文 献 26
附 录 28
1 绪论
1.1课题背景与研究意义
目前，人们生活物质水平的不断提升，同时 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
如何能便捷的解决日常起居的问题便成了关注的重点，煤气作为城市居民必不可少的物质基础，它的安全问题肯定是人们关注的重中之重[1]。随着科学技术的进步，城市燃气管网络正不断建设，扩大，完善，但是很多问题仍会影响到城市燃气管网的安全，给燃气运输方面带来一些不确定因素。现在，城市燃气主要通过管道进行配送，所以管道的质量及组装问题就显得极为关键，一旦燃气管道在安置等环节出现疏忽，可能就会引起很严重的燃气泄漏，而一旦燃气泄漏，会引起一系列社会问题，威胁到人们的日常起居，还会污染环境，严重的还可能造成火灾，中毒等[1,2]。
如今，城市燃气管道企业的快速发展，检测燃气管道的技术很多，每种检测技术都有它的特点和不足之处。选择时，要取长补短选择合理的燃气管道检测技术，以便提升城市的燃气管道检测技术的水平。随着城市燃气管网检测技术的提高，人们也能更加安心的使用，更好的保护了大家的安全[2]。
1.2国内外现状分析
城市的燃气管网络是直接为了燃气用户的设计的，和长输管线有着不一样的特点和要求，在一些情况下也显得复杂的多，而这些要求会提升检漏系统设计的难度。
1.2.1国外燃气管道泄漏故障定位和诊断分析
国外一些国家对管道故障及燃气泄漏的研究从1970年代就以开始，1980年以及能熟练掌握并实际运用。目前，国外的天然气管道的实时监测技术已经有了极大的突破，在市场上也有一席之地。
用于处理和分析流量，压力信号输入和输出的互相关法首先由德国学者R.Isermann和H.Siebert提出。该方法可以检测到是否发生了微小的泄漏，在检测的灵敏度和正确率上有了明显的提高，经人们试用，发现在一些运用上能达到使用要求，令人满意。这种方法目前还有很大的提升空间，对以后的研究方向和技术提高具有指导性的作用[3]。 线性ARMA结构增加一些非线性项来模拟流水线的运行状态，用识别方法解决参数，这样有助于解决实际运行时可能遇到的麻烦，同时它使用与估计器差不多的泄漏原理进行检测和定位。
福田雄夫在1979年提出了基于压力梯度时间序列分析的管道泄漏检测方法。尽管自回归模型的方法旨在改变管道压力梯度时间序列使用统计分析来检测管道泄漏。其中包含管的方法有建立回归模型和流体模型这两种，我们用一些简单的仪器就能对它进行初步的检测。但是这个方法可能会受工作环境的影响,与实际管道内的情况有差别，它也存在一些缺点如容易被所处环境影响,对外部的抗干扰能力较差。检测到泄漏信息只是完成一步，能够检测具有不同情况下的管道泄漏，同时还得记录信息，方便工作人员去完善，为了解决这个问题，L.Billman和R.ISermann建立了非线性模型的非线性状态观测器法。
1988年建立卡尔曼滤波方法，然后是基于扩展Kaman滤波器的实时模型方法。它平分管道N部分,假设泄漏是Q1到QN1。再建立了状态空间离散模型和估计泄漏使用扩展卡曼滤波器,使用适当的标准来检测和定位泄漏。这种方法能够随着管道内事故的变化而变化，并能反应变化的趋势。但是，这种方法相当困难，想要准确的构建流水线模型更是难上加难。并且管道的情况可能会受到外界因素的影响。但是经过严格处理后的观察器或滤波器在一定程度上可以减少外界因素带来的影响。因为这个方法假定了常数和最终压力，与实际工作条件有一定偏差。同时，此方法的计算量太大。
1993年，来自荷兰壳牌公司提出了一种可以应用于气体和液体管道的泄漏检测方法。它的主要原理是改变压力和流量之间的相互作用，并观察改变它们时对管道泄漏时的影响,使用序列概率速率(SPTR)和模式识别方法, 通过分析压力并统计分析技术,利用最小二乘法来分析流动和泄漏的位置之间的关系,以检测泄漏。该方法目前已被广泛实用，它的功能也被应用到软件（ATMOSPIPE）中，成功地应用了许多种管道输送，例如在石油，天然气，煤气，沼气等。它有如下优点：可以连续测试，具有记忆功能，便于安装调试，适用范围广泛，不容易受环境因素的影响。缺点是测量仪会对气体泄漏的检测造成误差，因此它的测量准确度不是很高。
与时域分析相比，Witness提出了使用频域分析的频率响应方法。基本思想是改变管道的模型到频域来检测和定位泄漏。通过对单管道系统，串联管道，并行管道和分支管道的一点和多点泄漏的仿真实验的分析，发现这种方法在以上的情况都能使用。这种方法可以节省计算时间，提高检测速度[4]。
目 录
1 绪论 1
1.1课题背景与研究意义 1
1.2国内外现状分析 1
2 系统总体介绍 5
2.1系统功能介绍 5
2.2系统构成框图 5
2.3 系统硬件的相关简介 5
3 系统软件程序设计 11
3.1 系统总流程图 11
3.2系统软件程序流程 11
3.3编程语言的选择 11
3.4温度采集模块 12
3.5流量采集模块 14
3.6液晶显示模块 16
3.7 蜂鸣器报警模块 18
4 系统调试 20
4.1 软件程序的调试 20
4.2 编程及下载环境 20
4.3 硬件部分的调试 21
结 论 24
致 谢 25
参 考 文 献 26
附 录 28
1 绪论
1.1课题背景与研究意义
目前，人们生活物质水平的不断提升，同时 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
如何能便捷的解决日常起居的问题便成了关注的重点，煤气作为城市居民必不可少的物质基础，它的安全问题肯定是人们关注的重中之重[1]。随着科学技术的进步，城市燃气管网络正不断建设，扩大，完善，但是很多问题仍会影响到城市燃气管网的安全，给燃气运输方面带来一些不确定因素。现在，城市燃气主要通过管道进行配送，所以管道的质量及组装问题就显得极为关键，一旦燃气管道在安置等环节出现疏忽，可能就会引起很严重的燃气泄漏，而一旦燃气泄漏，会引起一系列社会问题，威胁到人们的日常起居，还会污染环境，严重的还可能造成火灾，中毒等[1,2]。
如今，城市燃气管道企业的快速发展，检测燃气管道的技术很多，每种检测技术都有它的特点和不足之处。选择时，要取长补短选择合理的燃气管道检测技术，以便提升城市的燃气管道检测技术的水平。随着城市燃气管网检测技术的提高，人们也能更加安心的使用，更好的保护了大家的安全[2]。
1.2国内外现状分析
城市的燃气管网络是直接为了燃气用户的设计的，和长输管线有着不一样的特点和要求，在一些情况下也显得复杂的多，而这些要求会提升检漏系统设计的难度。
1.2.1国外燃气管道泄漏故障定位和诊断分析
国外一些国家对管道故障及燃气泄漏的研究从1970年代就以开始，1980年以及能熟练掌握并实际运用。目前，国外的天然气管道的实时监测技术已经有了极大的突破，在市场上也有一席之地。
用于处理和分析流量，压力信号输入和输出的互相关法首先由德国学者R.Isermann和H.Siebert提出。该方法可以检测到是否发生了微小的泄漏，在检测的灵敏度和正确率上有了明显的提高，经人们试用，发现在一些运用上能达到使用要求，令人满意。这种方法目前还有很大的提升空间，对以后的研究方向和技术提高具有指导性的作用[3]。 线性ARMA结构增加一些非线性项来模拟流水线的运行状态，用识别方法解决参数，这样有助于解决实际运行时可能遇到的麻烦，同时它使用与估计器差不多的泄漏原理进行检测和定位。
福田雄夫在1979年提出了基于压力梯度时间序列分析的管道泄漏检测方法。尽管自回归模型的方法旨在改变管道压力梯度时间序列使用统计分析来检测管道泄漏。其中包含管的方法有建立回归模型和流体模型这两种，我们用一些简单的仪器就能对它进行初步的检测。但是这个方法可能会受工作环境的影响,与实际管道内的情况有差别，它也存在一些缺点如容易被所处环境影响,对外部的抗干扰能力较差。检测到泄漏信息只是完成一步，能够检测具有不同情况下的管道泄漏，同时还得记录信息，方便工作人员去完善，为了解决这个问题，L.Billman和R.ISermann建立了非线性模型的非线性状态观测器法。
1988年建立卡尔曼滤波方法，然后是基于扩展Kaman滤波器的实时模型方法。它平分管道N部分,假设泄漏是Q1到QN1。再建立了状态空间离散模型和估计泄漏使用扩展卡曼滤波器,使用适当的标准来检测和定位泄漏。这种方法能够随着管道内事故的变化而变化，并能反应变化的趋势。但是，这种方法相当困难，想要准确的构建流水线模型更是难上加难。并且管道的情况可能会受到外界因素的影响。但是经过严格处理后的观察器或滤波器在一定程度上可以减少外界因素带来的影响。因为这个方法假定了常数和最终压力，与实际工作条件有一定偏差。同时，此方法的计算量太大。
1993年，来自荷兰壳牌公司提出了一种可以应用于气体和液体管道的泄漏检测方法。它的主要原理是改变压力和流量之间的相互作用，并观察改变它们时对管道泄漏时的影响,使用序列概率速率(SPTR)和模式识别方法, 通过分析压力并统计分析技术,利用最小二乘法来分析流动和泄漏的位置之间的关系,以检测泄漏。该方法目前已被广泛实用，它的功能也被应用到软件（ATMOSPIPE）中，成功地应用了许多种管道输送，例如在石油，天然气，煤气，沼气等。它有如下优点：可以连续测试，具有记忆功能，便于安装调试，适用范围广泛，不容易受环境因素的影响。缺点是测量仪会对气体泄漏的检测造成误差，因此它的测量准确度不是很高。
与时域分析相比，Witness提出了使用频域分析的频率响应方法。基本思想是改变管道的模型到频域来检测和定位泄漏。通过对单管道系统，串联管道，并行管道和分支管道的一点和多点泄漏的仿真实验的分析，发现这种方法在以上的情况都能使用。这种方法可以节省计算时间，提高检测速度[4]。
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