任麗莉

(長(zhǎng)春師范大學(xué)技防中心，吉林長(zhǎng)春 130032)

基于XS128的生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

任麗莉

(長(zhǎng)春師范大學(xué)技防中心，吉林長(zhǎng)春 130032)

本生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)由主控部分與手持監(jiān)控部分組成。通過(guò)飛思卡爾XS128芯片協(xié)調(diào)各個(gè)傳感器模塊與環(huán)境控制模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制。手持監(jiān)控部分能夠?qū)崟r(shí)顯示系統(tǒng)內(nèi)的環(huán)境，并且可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。新穎的Android[1]手持設(shè)備更加人性化和智能化。整個(gè)系統(tǒng)采用藍(lán)牙無(wú)線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了智能化控制。

生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)控；Android；人工智能

為了控制職業(yè)危害因素，改善勞動(dòng)條件，首先必須識(shí)別和評(píng)價(jià)職業(yè)危害的程度，生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測(cè)是這項(xiàng)工作的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。通過(guò)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測(cè)可以把握生產(chǎn)環(huán)境中危害因素的性質(zhì)、強(qiáng)度或濃度，及其時(shí)間和空間的分布情況；估計(jì)人體的接觸水平，為研究接觸水平與健康狀況的關(guān)系提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；檢查生產(chǎn)環(huán)境的衛(wèi)生質(zhì)量，評(píng)價(jià)勞動(dòng)條件是否符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的要求；監(jiān)視有關(guān)勞動(dòng)衛(wèi)生和勞動(dòng)保護(hù)法規(guī)的貫徹執(zhí)行情況，評(píng)價(jià)勞動(dòng)條件防治措施效果；為控制危害因素及制訂、修訂衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和工作計(jì)劃提供依據(jù)。為了減少監(jiān)測(cè)人員的傷害和提高人員利用率，本文建立了一個(gè)能夠遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)環(huán)境。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要由電源模塊、電路驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器模塊、顯示模塊、手動(dòng)輸入模塊、無(wú)線傳輸模塊、輸出模塊、主控部分控制系統(tǒng)、手持設(shè)備控制系統(tǒng)組成。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

2 系統(tǒng)環(huán)境穩(wěn)定控制分析

一個(gè)智能化的生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，并且能穩(wěn)定地對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行有效的控制，這樣才能保障整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和智能性。對(duì)于系統(tǒng)環(huán)境的穩(wěn)定性，從系統(tǒng)溫度控制[2]、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制[3]、手持設(shè)備控制主控設(shè)備等方面進(jìn)行分析。

圖2 溫度控制過(guò)程

2.1 系統(tǒng)溫度控制的分析

生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)需要穩(wěn)定高效地對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行控制，要求溫度控制絕對(duì)誤差小于2℃(溫度設(shè)定與控制范圍在+25℃～+60℃范圍內(nèi)，測(cè)試時(shí)按指定的控制溫度，在2分鐘內(nèi)完成)。因此，在控制過(guò)程中，放棄了能夠同時(shí)采樣環(huán)境中溫度和濕度的DHT11溫濕度傳感器，在溫度端采用18B20溫度傳感器對(duì)溫度進(jìn)行有效、準(zhǔn)確、快速的控制，這樣既提高了溫度檢測(cè)的范圍，又加強(qiáng)了對(duì)環(huán)境內(nèi)溫度準(zhǔn)確快速的監(jiān)控。在系統(tǒng)溫度控制過(guò)程中，采用不斷反饋的算法，加熱部分摒棄了直接加熱的方法，在不同的溫度區(qū)域內(nèi)采用折線式分段控制的方法，允許關(guān)閉加熱設(shè)備后系統(tǒng)溫度可以繼續(xù)升高而不超過(guò)溫度要求閾值(圖2)。

2.2 系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制

系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制是生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)不可缺少的部分，一旦遇到可燃?xì)怏w超標(biāo)等緊急情況，必須準(zhǔn)確、迅速地完成對(duì)環(huán)境中人員的報(bào)警和緊急疏散工作，而聯(lián)動(dòng)設(shè)備的實(shí)現(xiàn)，必須遵循兩個(gè)原則：(1)準(zhǔn)確迅速，不可錯(cuò)報(bào)或漏報(bào)，否則會(huì)對(duì)生產(chǎn)生活甚至人身安全造成很大的傷害；(2)嚴(yán)格掌握時(shí)序的要求，不得因?yàn)闀r(shí)序等原因造成整個(gè)系統(tǒng)工作流程的紊亂。

對(duì)于時(shí)序的控制，嚴(yán)格按照要求所規(guī)定的，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)可燃?xì)怏w濃度超過(guò)監(jiān)控上限時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)主控機(jī)能啟動(dòng)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，首先開(kāi)啟報(bào)警裝置，然后依次啟動(dòng)排風(fēng)機(jī)、噴淋閥、疏散指示燈，并分兩步關(guān)閉隔離門：第一步半關(guān)，5秒鐘后再全關(guān)，整個(gè)控制結(jié)束后關(guān)閉系統(tǒng)并進(jìn)行聲音提示(整個(gè)控制過(guò)程不能超過(guò)20秒)。

圖3 數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)程

2.3 手持設(shè)備與主控設(shè)備交流

對(duì)于系統(tǒng)中兩個(gè)部分的交流，采用藍(lán)牙通信[4]的方式。對(duì)于這種兩部分以無(wú)線方式交流通信的設(shè)備，最重要的兩個(gè)方面：(1)保證數(shù)據(jù)發(fā)送與接收的準(zhǔn)確性；(2)防止與周圍其他通信設(shè)備產(chǎn)生干擾，做到安全加密[5]發(fā)送。在保證發(fā)送接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的方面，采用發(fā)送校驗(yàn)位作為標(biāo)致的形式。在每次接收數(shù)據(jù)之前，檢驗(yàn)校驗(yàn)位是否發(fā)送正確，只有收到指定的校驗(yàn)位之后才讀取發(fā)送到的數(shù)據(jù)。另外，采取適合發(fā)送數(shù)據(jù)的通信協(xié)議，將想要發(fā)送的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)整合處理，得到加密后的數(shù)據(jù)，這樣既方便了數(shù)據(jù)的發(fā)送，同時(shí)也確保了整個(gè)數(shù)據(jù)的安全性(圖3)。

3 程序設(shè)計(jì)

3.1 主程序流程圖

圖4 主程序流程圖

3.2 鍵盤掃描及處理執(zhí)行子程序流程圖

圖5 鍵盤掃描及處理執(zhí)行子程序流程圖

4 測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果

4.1 軟件仿真

用Freescale CodeWarrior軟件仿真器，在線觀察設(shè)置的全局變量和各個(gè)標(biāo)志位。仿真界面如圖6所示。

圖6 仿真界面

4.2 測(cè)試數(shù)據(jù)

(1)通電，等待程序運(yùn)行，初始化結(jié)束后測(cè)得一系列液晶屏顯示數(shù)據(jù),顯示結(jié)果正常;(2)比較主控機(jī)與手持設(shè)備通信實(shí)時(shí)性。

表1 主控機(jī)顯示狀態(tài)

表2 手持設(shè)備顯示狀態(tài)

可見(jiàn)，藍(lán)牙傳輸會(huì)有一定的延時(shí)，但最終影響較小。

4.3 測(cè)試分析與結(jié)論

根據(jù)上述測(cè)試數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)可以完成主控機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)要控制的溫濕度、照明燈亮度、可燃?xì)怏w濃度值進(jìn)行設(shè)置并顯示，現(xiàn)場(chǎng)主控機(jī)可對(duì)噴淋閥、排風(fēng)機(jī)、隔離門等裝置進(jìn)行就地開(kāi)關(guān)控制，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)能指示出工作狀態(tài)，對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行較為精確的控制，完成聯(lián)動(dòng)功能，可以用手持設(shè)備顯示與控制。由此可以得出以下結(jié)論：(1)實(shí)現(xiàn)基本的環(huán)境監(jiān)測(cè)，通過(guò)主控機(jī)對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行控制；(2)在環(huán)境中某些參數(shù)超標(biāo)時(shí)，自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)環(huán)境狀態(tài)的改變，同時(shí)可手動(dòng)更改為需要的環(huán)境狀態(tài)；(3)通過(guò)自制的手持設(shè)備、手機(jī)APP設(shè)備以及電腦端的上位機(jī)[6]部分實(shí)時(shí)顯示參數(shù)并遠(yuǎn)程控制。

[1]耿東久,索岳,陳渝,等.基于Android手機(jī)的遠(yuǎn)程訪問(wèn)和控制系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2011,31(2):559-561,571.

[2]劉浩.電加熱溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究[D].杭州:中國(guó)計(jì)量學(xué)院,2013:2-5.

[3]李永軍.火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制的設(shè)計(jì)探討[J].企業(yè)科技與發(fā)展,2009(22),85-86.

[4]羅富財(cái).基于Android平臺(tái)的藍(lán)牙通信系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].北京:華北電力大學(xué),2013:22-29.

[5]黃志清.網(wǎng)絡(luò)安全中的數(shù)據(jù)加密技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用,2000(7):24-26.

[6]李曉麗.單片機(jī)與上位機(jī)串行通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù),2010(7):45-47.

Production Environment Monitoring System Based on XS128

REN Li-li

(Department of Security,Changchun Normal University,Changchun Jilin 130032,China)

The production environment monitoring system is composed of main control part and handheld controller. This system coordinates sensor modules with environment control module by the freescale XS128 chip to realize the real-time monitoring and controling for the production environment. Handheld monitor can display real-time environment of the system and realize remote-control. The new Android handheld devices is more intimate and intelligent. The system uses wireless blue-tooth technology and realizes intelligent control.

production environment monitoring; Android; artificial intelligence

2014-10-04

吉林省科技廳青年科研基金項(xiàng)目(20130522163JH)；吉林省教育廳項(xiàng)目(吉教科合字[2012]第411號(hào))；長(zhǎng)春師范大學(xué)項(xiàng)目(長(zhǎng)師院自科合字[2011]第011號(hào))。

任麗莉(1978- )，女，吉林長(zhǎng)春人，長(zhǎng)春師范大學(xué)技防中心講師，碩士，從事計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制系統(tǒng)和監(jiān)控技術(shù)研究。

TP242.6

A

2095-7602(2014)06-0036-05