廣東省儲備糧管理總公司東莞直屬庫 黎世靜 馬軍德 劉躍華

粉塵濃度傳感器在糧食系統(tǒng)中的應(yīng)用

廣東省儲備糧管理總公司東莞直屬庫 黎世靜 馬軍德 劉躍華

本文主要介紹在糧食系統(tǒng)中，糧食進(jìn)出倉生產(chǎn)作業(yè)中的輸送糧食設(shè)備內(nèi)部、存儲糧食的倉體內(nèi)部和地下室等密閉空間環(huán)境，極易集聚大量粉塵，達(dá)到粉塵爆炸的極限，當(dāng)遇到火源時，就有發(fā)生粉塵爆炸的危險。因此，利用粉塵傳感器測量這些密閉空間的粉塵濃度，如刮板機(jī)、斗提機(jī)、氣墊皮帶機(jī)、溜管、淺圓倉、立筒倉、緩沖倉、地下室等內(nèi)部粉塵監(jiān)測，采取有效的措施，開啟除塵設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備，降低密閉空間的粉塵濃度，從而避免發(fā)生粉塵爆炸，在糧食生產(chǎn)過程中具有重要的作用。該系統(tǒng)利用GP2Y1010AU粉塵傳感器，通過ADC0832轉(zhuǎn)換芯片采集GP2Y1010AU粉塵傳感器的粉塵的濃度，通過單片機(jī)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理后在LCD1602液晶屏上顯示測量值，當(dāng)測量空間中的粉塵濃度大于設(shè)置粉塵濃度時，蜂鳴器和發(fā)光二極管發(fā)出聲光報警。

粉塵檢測；粉塵傳感器；粉塵濃度；糧食系統(tǒng)

1 粉塵檢測原理

當(dāng)我們發(fā)射一束單色平行光時，光行走的軌跡遇到微小粒子后，在粒子表面將會產(chǎn)生散射的現(xiàn)象，并且粒子也會吸收部分光的能量，從而使光的強(qiáng)度被削弱，即衰減。這樣除去散射和被吸收的光強(qiáng)后，接收到的光強(qiáng)與發(fā)射出的光強(qiáng)比較，得到相對衰減率，光強(qiáng)的相對衰減率正好能反映測量環(huán)境的粉塵的相對濃度，光強(qiáng)大小通過光電轉(zhuǎn)換后變成電信號，電信號的大小正好與光強(qiáng)大小成正比，因此我們只需要檢測電信號的大小即可測量環(huán)境的粉塵濃度值。GP2Y1010AU粉塵傳感器內(nèi)部設(shè)有光軸相交的發(fā)光二極管和光電晶體管，發(fā)光二極管發(fā)射紅外線光束，當(dāng)光束遇到檢測環(huán)境的粉塵后，發(fā)射散射現(xiàn)象，反射后的光強(qiáng)被光電晶體管接收，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換變成電信號，這時光強(qiáng)大小與電信號大小成正比關(guān)系，經(jīng)過信號處理輸出測量環(huán)境的粉塵濃度值。

2 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

本系統(tǒng)的硬件主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)、粉塵濃度傳感器模塊、顯示模塊、ADC0832轉(zhuǎn)換模塊、聲光報警模塊、按鍵模塊構(gòu)成。通過按鍵模塊設(shè)定粉塵濃度報警值后，粉塵濃度傳感器置于測量環(huán)境中，顯示模塊上顯示測量的粉塵濃度值，并顯示設(shè)定好的粉塵濃度報警值，如果測得的粉塵濃度值大于設(shè)定值，聲光報警模塊發(fā)出一定頻率的聲音和閃光報警。

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

利用51系列單片機(jī)構(gòu)成最小系統(tǒng)，其操作簡便、編程簡單、支持串口下載程序、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)行可靠、抗干擾強(qiáng)、功耗低。

2.2 粉塵濃度傳感器模塊

粉塵濃度傳感器模塊，型號為GP2Y1010AU，其靈敏度0.5V（0.1mg/ m3），無粉塵時輸出電壓0.9V，典型消耗電流11am，能夠檢測0.8微米以上的細(xì)小粒子，輸出模擬電壓信號。通過內(nèi)部的紅外發(fā)光二極管和光電晶體管檢測環(huán)境粉塵濃度，可區(qū)分測量環(huán)境中的煙和粉塵，體積非常小、便于安裝且重量輕。利用該傳感器作為粉塵環(huán)境濃度測量，不僅價格低廉，而且穩(wěn)定可靠，為預(yù)防粉塵爆炸具有重要意義。

2.3 顯示模塊

液晶顯示器LCD1602除了價格比數(shù)碼管高外，其他方面優(yōu)勢明顯，比如體積小、壽命長、顯示方式靈活、功耗低，該顯示器無需驅(qū)動電路，能夠顯示兩行分別為16個字符，顯示的內(nèi)容更豐富，滿足了一行顯示測量值，一行顯示設(shè)定報警值，外接可變電阻器能調(diào)節(jié)對比度，適用于各種類型的手持儀表儀器作為顯示器。該顯示器采用并口作為數(shù)據(jù)傳輸通道，使得測量值能夠快速顯示出來，同時具有復(fù)位電路，能夠提供不同的控制命令，比如顯示移位、光標(biāo)閃爍、字符閃爍、清屏等。

2.4 按鍵模塊

該粉塵濃度測量系統(tǒng)共有3個獨(dú)立的按鍵，從左到右分別為C1設(shè)置鍵，C2參數(shù)增加鍵，C3參數(shù)減少鍵，按下C1設(shè)置鍵，則進(jìn)入濃度值設(shè)定畫面，通過C2增加鍵或者C3減少鍵可以設(shè)定想要的報警值，每按一次C2或者C3鍵，數(shù)值就相應(yīng)地改變一次，長按C2或者C3鍵，數(shù)值就連續(xù)改變，直到設(shè)定好報警值，再次按下C1設(shè)置鍵，則表示已經(jīng)設(shè)置好報警值，退出設(shè)定，進(jìn)入顯示畫面，顯示器第一行顯示測量值，第二行顯示設(shè)定的報警值。同時該設(shè)定值能夠?qū)崿F(xiàn)掉電保護(hù)功能，重新啟動后設(shè)定的報警值不會改變。

2.5 聲光報警模塊

聲光報警，顧名思義即發(fā)出聲音和光的一個裝置，主要由無源蜂鳴器和發(fā)光二極管構(gòu)成，當(dāng)我們檢測的環(huán)境粉塵濃度大于設(shè)定的報警值時，單片機(jī)輸出一個命令，去驅(qū)動聲光報警裝置，從而發(fā)出一定頻率的聲音和閃爍光，實(shí)現(xiàn)報警功能。

2.6 ADC0832轉(zhuǎn)換模塊

該模塊能夠?qū)⒛M量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，即采集粉塵傳感器的模擬電壓信號，經(jīng)過ADC0832模塊進(jìn)行信號處理，輸出數(shù)字量的電壓信號，從而傳輸給單片機(jī)進(jìn)行計算處理，便可輸出測量環(huán)境的粉塵濃度值。該模塊體積小、性價比高，具有8位分辨率和雙通道A/D轉(zhuǎn)換功能，同時具有穩(wěn)定性高、轉(zhuǎn)換速度快、誤差率小等特點(diǎn)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

粉塵濃度測量系統(tǒng)在上電后，單片機(jī)復(fù)位，開始進(jìn)入程序運(yùn)行。首先開始程序初始化，輸出顯示模塊程序，進(jìn)入按鍵掃描程序，判斷當(dāng)前是否有按鍵被按下，檢測到有按鍵進(jìn)入按鍵設(shè)定程序，沒有則進(jìn)入粉塵濃度檢測程序，將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，輸出給顯示模塊，并判斷測量值和設(shè)定值的大小，進(jìn)而選擇是否輸出聲光報警信號，直到接收到結(jié)束命令，否則將繼續(xù)測量并輸出測量值。運(yùn)行結(jié)束后重復(fù)上述的程序執(zhí)行。

4 結(jié)論與展望

粉塵濃度測量系統(tǒng)在糧食生產(chǎn)行業(yè)的應(yīng)用具有非常重要的意義，通過該系統(tǒng)測量環(huán)境的粉塵濃度，能夠?qū)崟r檢測密閉空間內(nèi)的粉塵濃度，如刮板機(jī)、斗提機(jī)、氣墊皮帶機(jī)、淺圓倉、立筒倉、緩沖倉等內(nèi)部都是密閉空間，作業(yè)過程中極易形成高濃度的粉塵環(huán)境，遇到明火后會發(fā)生粉塵爆炸，利用該粉塵濃度測量系統(tǒng)來控制通風(fēng)系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)，從而快速降低密閉空間的粉塵濃度，防止發(fā)生粉塵爆炸的危險。該系統(tǒng)測量比較準(zhǔn)確、反應(yīng)速度較快、而且價格低廉，非常適宜用于多點(diǎn)監(jiān)測的糧食行業(yè)上。將該系統(tǒng)做成固定式裝置，外殼做成防水防爆型，同時設(shè)置一個具有自動獲取環(huán)境氣流功能，那么該系統(tǒng)更加安全可靠、測量數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，再將各測量點(diǎn)作為從機(jī)，通過通信功能，將從機(jī)連入主機(jī)，主機(jī)與上位通信，將數(shù)據(jù)上傳至上位系統(tǒng)，提供給中控室操作人員對各點(diǎn)粉塵濃度進(jìn)行監(jiān)測，采取正確有效的安全措施，確保安全生產(chǎn)。