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        一氧化碳智能監(jiān)測處理系統(tǒng)設(shè)計

        2017-03-06 00:01:30張兆豐田華
        軟件導(dǎo)刊 2017年1期
        關(guān)鍵詞:實時監(jiān)測

        張兆豐+田華

        摘要摘要:為了實時監(jiān)測一氧化碳濃度,防止事故發(fā)生,開發(fā)了一種一氧化碳報警器以及一氧化碳濃度超標(biāo)智能處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)以MSP430F149單片機(jī)作為中央控制單元,由一氧化碳濃度傳感器、GSM短報文發(fā)送、AD轉(zhuǎn)換電路、聲光報警以及繼電器智能控制等模塊組成,實時監(jiān)測環(huán)境中一氧化碳的濃度值,系統(tǒng)迅速聲光報警以短報文的形式及時將信息發(fā)送至手機(jī);利用繼電器控制電機(jī)實現(xiàn)自動開窗,從而減少事故發(fā)生。

        關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:一氧化碳傳感器;GSM;實時監(jiān)測;監(jiān)控軟件

        DOIDOI:10.11907/rjdk.162598

        中圖分類號:TP319文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號文章編號:16727800(2017)001008603

        引言

        近年來,世界各地一氧化碳中毒事件頻發(fā),尤以在汽車內(nèi)和冬季取暖室內(nèi)居多。造成汽車內(nèi)一氧化碳中毒的原因主要有兩方面:一是當(dāng)汽車發(fā)動機(jī)在怠速空轉(zhuǎn)時,因燃料不充分燃燒,產(chǎn)生大量含一氧化碳的廢氣;二是在運(yùn)行中,油門過大,轉(zhuǎn)速大于3 000r/min時,導(dǎo)致油多空氣少,也會出現(xiàn)含一氧化碳極濃的廢氣[1]。造成室內(nèi)一氧化碳中毒主要是炭的不充分燃燒以及室內(nèi)通風(fēng)不良。一氧化碳對人體是劇毒氣體,其極易與血紅蛋白結(jié)合(它與血紅蛋白的親合力比氧與血紅蛋白的親合力大200倍以上),形成碳氧血紅蛋白,從而使血紅蛋白喪失運(yùn)輸氧氣的作用和能力,導(dǎo)致紅細(xì)胞喪失吸氧能力,使人體多個器官嚴(yán)重缺氧,造成組織窒息[2]。因此,發(fā)明一款超低功耗、高可靠性、低成本的一氧化碳濃度智能報警處理系統(tǒng),其意義是重大的。

        一氧化碳監(jiān)測儀是一種檢測氣體泄漏濃度的工具,它可將氣體傳感器采集的非電信號轉(zhuǎn)換成電信號,再通過對電信號控制相應(yīng)的模塊實現(xiàn)氣體探測的各項具體功能。氣體傳感器是一氧化碳監(jiān)測儀的核心組成,隨著計算機(jī)和氣體傳感器的不斷發(fā)展,氣體監(jiān)測正逐步向智能化、集成化方面發(fā)展[3]。目前根據(jù)傳感器的類型劃分,可分為紅外式一氧化碳報警器、催化燃燒式一氧化碳報警器、電化學(xué)式一氧化碳報警器以及半導(dǎo)體式一氧化碳報警器四大類[4]。目前市面上只有聲光報警的一氧化碳傳感器,還沒有短信報警以及智能處理的一氧化碳傳感器。

        1監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

        系統(tǒng)設(shè)計如圖1所示,一氧化碳濃度安全監(jiān)測儀利用了目前非常成熟的單片機(jī)控制技術(shù),由單片機(jī)、一氧化碳傳感器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、聲光報警模塊、GSM無線通信模塊、智能處理模塊和手機(jī)終端組成。在本設(shè)計中,利用MSP430單片機(jī)作為一氧化碳智能報警處理系統(tǒng)的中央控制單元,其外圍利用串口分別連接了MQ-7型一氧化碳?xì)饷魝鞲衅?、GSM無線通信模塊。此外,監(jiān)控儀中還設(shè)計了對危險狀態(tài)進(jìn)行報警的聲光報警模塊。

        MSP430系列單片機(jī)是美國德州儀器1996年開始推向市場的一種16位超低MSP430單片機(jī)。它將多個不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個芯片上,具有處理能力強(qiáng)、運(yùn)算速度快、超低功耗等特點,可以說MSP430單片機(jī)是一款性價比極高的芯片。根據(jù)功能要求,本系統(tǒng)采用MSP430F149型單片機(jī)。

        1.2一氧化碳傳感器

        根據(jù)美國UL2034標(biāo)準(zhǔn)要求,一氧化碳報警器標(biāo)準(zhǔn)的報警時間如下:濃度70ppm時,應(yīng)在60~189分鐘內(nèi)發(fā)出警報;濃度在150ppm時,應(yīng)在10~50分鐘內(nèi)發(fā)出警報;濃度在400ppm時,應(yīng)在4~15分鐘內(nèi)發(fā)出警報;濃度700ppm時,應(yīng)在2~6分鐘內(nèi)發(fā)出警報。因此,本系統(tǒng)當(dāng)一氧化碳濃度超過50ppm時,將進(jìn)行短信報警和聲光報警。一氧化碳傳感器將一氧化碳濃度轉(zhuǎn)化為輸出電壓值,如圖2所示。輸出的電壓VS通過AD采樣電路輸出給單片機(jī)。AD轉(zhuǎn)換的主要作用是將模擬信號變成數(shù)字信號,本文AD采樣電路的核心芯片選用ADC0809。

        GSM是全球移動通信系統(tǒng),在本系統(tǒng)中提供短信發(fā)送功能。TC35i是德國SIEMENS公司提供的一款雙頻高度集成的GSM模塊,電源范圍為5~12V ,可傳輸語音和數(shù)據(jù)信號,通過AT命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù)[5]。為了保證GSM模塊通信可靠穩(wěn)定,首先將GSM模塊和PC機(jī)相連,利用串口調(diào)試助手軟件平臺進(jìn)行通信信號設(shè)定與調(diào)試,從而驗證GSM模塊的功能。當(dāng)發(fā)送握手信號AT時,通過串口調(diào)試助手在發(fā)送窗口中給出AT值,設(shè)定手動發(fā)送,接收窗口收到信息為:OK。發(fā)送AT+CMGF=1時,返回OK,說明GSM模塊工作正常,可以進(jìn)行短報文發(fā)送實驗。另外,通過串口調(diào)試助手檢測采集的數(shù)據(jù),并驗證是否正確,如圖3所示。

        智能處理模塊是針對一氧化碳濃度超過閾值的情況,中央控制單元控制繼電器實現(xiàn)電機(jī)自動開窗功能。繼電器控制電路原理如圖5所示[6]。繼電器選擇松樂繼電器SRS-05VDC-SL,使用常開觸點連接1、3引腳聯(lián)入電路控制電機(jī),當(dāng)一氧化碳濃度超過閾值,單片機(jī)I/O輸出低電平,繼電器線圈吸合,常開觸點連接1、3引腳開關(guān)閉合,電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),實現(xiàn)自動開窗。

        2監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計

        2.1系統(tǒng)控制軟件工作流程

        系統(tǒng)控制軟件是智能報警處理系統(tǒng)設(shè)計的重要組成部分,軟件控制流程如圖6所示。系統(tǒng)啟動后,進(jìn)行初始化并自檢,設(shè)定程序參量;控制軟件通過微處理器單元給定指令進(jìn)行CO濃度檢測,檢測到的數(shù)據(jù)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后傳送給單片機(jī),單片機(jī)將濃度通過12864液晶顯示并判斷CO濃度是否超標(biāo),CO濃度未超標(biāo),系統(tǒng)重新檢測,否則就發(fā)送GSM短信,同時聲光報警。

        監(jiān)控程序軟件用C語言描述,完成系統(tǒng)的安初始化工作,包括看門狗、時鐘序列、端口等,并啟動監(jiān)控。主控模塊核心代碼如下:

        3結(jié)語

        本項目開發(fā)了一款一氧化碳濃度監(jiān)測智能處理系統(tǒng),可對一氧化碳環(huán)境中的人員安全進(jìn)行監(jiān)控。該系統(tǒng)可以安裝于汽車上、家庭中,可實時監(jiān)控環(huán)境中一氧化碳的濃度是否超標(biāo),當(dāng)發(fā)生超標(biāo)時,本系統(tǒng)迅速聲光報警并短信報警,通知事主并發(fā)送地理位置信息。同時本系統(tǒng)利用單片機(jī)控制電機(jī),實現(xiàn)自動開窗,從而減少事故的發(fā)生,提高人員安全性。該智能處理系統(tǒng)成本低、實用,應(yīng)用前景良好。

        參考文獻(xiàn):

        [1]EILEENM MCDONALD,ANDREA,WENDY,et al.Residential carbon monoxide(CO) poisoning risks:correlates of observed CO alarm use in urban households[J].Journal of environmental health,2013,76(3):2632 .

        [2]劉奎學(xué),陳麗華,呂清華.無線有毒氣體濃度采集系統(tǒng)[J].儀器儀表學(xué)報,2006,27(z2):13021304.

        [3]趙燕.傳感器原理及應(yīng)用[M].北京:北京大學(xué)出版社,2010.

        [4]牛海軍,樊瑜波,楊松巖.基于ARM和DSP的超聲膀胱容積檢測與預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計[J].儀器儀表學(xué)報,2011,32(8):18581863.

        [5]江杰,宋宏龍.基于GSM短信的煙霧傳感報警系統(tǒng)[J].測控技術(shù),2014,33(1):13.

        [6]段現(xiàn)星,王曉侃.基于單片機(jī)控制的車載酒精濃度檢測儀設(shè)計[J].測控技術(shù),2013,32(8):13.

        責(zé)任編輯(責(zé)任編輯:孫娟)

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