汪振雨，侯　亮，石　成，高慶閔

（吉林農(nóng)業(yè)科技學院 電氣與信息工程學院，吉林　吉林　132101）

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基于電廠環(huán)境下的粉塵濃度檢測設(shè)備的研制

汪振雨，侯亮，石成，高慶閔

（吉林農(nóng)業(yè)科技學院 電氣與信息工程學院，吉林吉林132101）

摘要：中國用30年的時間，走完別人100年完成的工業(yè)化道路。煤炭資源在為中國工業(yè)發(fā)展提供不竭動力的同時也造成了極大地環(huán)境問題，粉塵問題尤為突出。因此需要一種粉塵濃度檢測設(shè)備，及時準確地發(fā)現(xiàn)問題，以便于采取相應的措施加以解決。文章圍繞單片機為核心，完成檢測儀數(shù)據(jù)采集、顯示等電路的設(shè)計。該系統(tǒng)工作穩(wěn)定、集成度高，調(diào)試方便，具有一定的實用價值。

關(guān)鍵詞：粉塵；空氣采樣；顯示；單片機

隨著現(xiàn)代工業(yè)的蓬勃發(fā)展，工業(yè)文明給人們帶來了諸多便利的同時，也引發(fā)了更加嚴重的環(huán)境問題。央視記者柴靜的《穹頂之下》將這種問題更加直面的展現(xiàn)在公眾面前，視頻中，柴靜經(jīng)過一番講解之后，給出了她的解決方案：大力采用天然氣，取代有污染的煤。

然而，經(jīng)過對中國基本能源結(jié)構(gòu)的分析過后，本文認為柴靜的解決方案是存在瑕疵的——天然氣等清潔能源不能定位為“主力發(fā)電方式”，而只能作為一種補充方式，中國現(xiàn)在的年原煤消耗量已經(jīng)超過38億噸，未來可能增加到50億噸。所以大力用氣是沒錯的，取代煤是絕無可能的。

煤炭的燃燒必然會產(chǎn)生大量的粉塵和有害氣體，原有的工業(yè)生產(chǎn)中，這些粉塵和有害氣體未經(jīng)任何處理就直接排放到大氣當中，近年來雖然有所改善，但個別的地區(qū)污染依然嚴重［1］，如果不加以監(jiān)測，必將引起更加嚴重的問題。針對粉塵濃度的監(jiān)測勢在必行。

火力發(fā)電廠是中國電力資源的主要輸出場所，煤炭的使用不可避免，所以將火力發(fā)電廠作為檢測粉塵濃度的主要工作環(huán)境。由于電廠環(huán)境的特殊性，故將CO以及SO2納入到檢測范圍之內(nèi)，完成整個檢測系統(tǒng)的構(gòu)建。

1　系統(tǒng)的組成原理

粉塵濃度超標對人體的危害巨大，粉塵濃度檢測勢在必行。然而，市場上的相關(guān)檢測設(shè)備卻存在著種種不足，難以實現(xiàn)預期要求［2］。

本系統(tǒng)是以單片機作為主控單元，控制設(shè)備的整體運行情況，多種傳感器共同作用完成對環(huán)境中粉塵、CO以及SO2的實時濃度的檢測。另外，應用成熟的無線通信技術(shù)，實現(xiàn)遠程報警以及實時濃度顯示等功能。

圖1　系統(tǒng)的組成原理

根據(jù)實現(xiàn)功能的不同，可將整個系統(tǒng)分為3個子系統(tǒng)，即粉塵濃度檢測子系統(tǒng)、有害氣體濃度檢測子系統(tǒng)、上位機系統(tǒng)。系統(tǒng)原理如圖1所示。

2　系統(tǒng)的設(shè)計

本系統(tǒng)由單片機［3］構(gòu)成主控部分，主要完成信息的接收、處理及控制指令的形成，并對各類信息進行記錄。另外主要通過5個模塊的電路設(shè)計實現(xiàn)功能，他們分別是LCD顯示［4］、敏感元件（包括粉塵傳感器、CO濃度傳感器及SO2濃度傳感器）、無線通信模塊、鍵盤輸入電路、蜂鳴器報警電路。如圖2所示。

圖2　硬件電路結(jié)構(gòu)框圖

其中，敏感元件這要實現(xiàn)粉塵及有害氣體的檢測，無線通信模塊則完成系統(tǒng)的遠程控制。

2.1粉塵濃度檢測子系統(tǒng)

粉塵濃度的檢測要依靠相關(guān)傳感器與單片機共同作用。通過傳感器采集一段時間內(nèi)粉塵的濃度，再由單片機進行接收、處理和控制，實現(xiàn)預期功能。

圖3　粉塵濃度檢測子系統(tǒng)

綜合價格及性能等多方面考慮，最終選用日本夏普公司生產(chǎn)的灰塵傳感器GP2Y1010AU0F［5］作為檢測粉塵濃度的敏感元件，與其他粉塵檢測元件相比，該傳感器具有價格低、體積小、靈敏度高等特點，而且使用壽命長，精度高，穩(wěn)定性好。其粉塵濃度檢測原理，如圖3所示。

2.2有害氣體濃度檢測子系統(tǒng)

針對有害氣體的檢測與粉塵濃度檢測原理相同，由于電廠環(huán)境的特殊性，所以選擇CO和SO2作為主要的有害氣體來檢測。當現(xiàn)場的有害氣體濃度超過設(shè)定值時，通過蜂鳴器發(fā)出警報，以便采取相應措施加以解決。其檢測原理，如圖4所示。

圖4　有害氣體濃度檢測子系統(tǒng)

3　上位機系統(tǒng)

上位機的使用主要是用來實現(xiàn)過程自動化控制功能的。利用上位機系統(tǒng)的強大數(shù)據(jù)處理功能及GSM網(wǎng)絡成熟的無線通信功能，實現(xiàn)系統(tǒng)功能的遠程控制。它主要由以下幾個模塊組成：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)實時顯示模塊、參數(shù)設(shè)定模塊以及報警模塊等。設(shè)計風格簡約、友好，操作方便，易于掌握。

4　軟件設(shè)計

根據(jù)設(shè)計要求，可將系統(tǒng)程序分為5個部分，即主控程序、信號采集程序、無線通信程序、LCD顯示程序和鍵盤輸入程序。程序流程如圖5所示。

圖5　程序流程圖

5　結(jié)語

通過軟、硬件的綜合設(shè)計和調(diào)試，該監(jiān)測設(shè)備終于實現(xiàn)了預期目標，完成設(shè)計要求。

在設(shè)計完成之后，經(jīng)系統(tǒng)調(diào)試及實驗表明，該粉塵濃度檢測設(shè)備工作可靠、穩(wěn)定，滿足使用要求。該設(shè)備可以實時準確地檢測出電廠等工礦作業(yè)環(huán)境下的粉塵濃度，在環(huán)境監(jiān)測及勞動保護等方面有著廣闊的應用前景。

［參考文獻］

［1］劉宏斌.我國PM2.5的現(xiàn)狀與防治對策［J］.湖北經(jīng)濟學院學報，2012（7）：19-23.

［2］唐娟.粉塵濃度在線監(jiān)測技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.礦業(yè)安全與保護，2009（9）：69-74.

［3］李全利.單片機原理及應用技術(shù)［M］.北京：高等教育出版社，2009.

［4］李維提，郭強.液晶顯示應用技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2006.

Development Environment Based Power Plant Dust Concentration Detection Device

Wang Zhenyu, Hou Liang, Shi Cheng, Gao Qingmin
（College of Electrical and Information Engineering， Agriculture Science and Technology College， Jilin132101，China）

Abstract：It took China 30 years to accomplish the industrialization development while the western countries 100 years. Coal resources has provided an inexhaustible dynamics for the development of China's industry but also caused great environmental problems， especially the problem of dust. Therefore,we need a dust concentration detection equipment, which can timely and accurately detect the problem, in order to take corresponding measures to solve it. This topic taking the single chip as the core, complete tester data acquisition, display and other circuit design. The system circuit is stable, highly integrated, easy to debug, has some practical value.

Key words：dust; air sampling; display; single chip

作者簡介：汪振雨（1992-），男，吉林松原，本科；研究方向：電氣自動化。