一种便携式粉尘监测与预警系统的设计.doc

一种便携式粉尘监测与预警系统的设计【Abstract】A system is design to achieve the dust concentration measurement and an early warning of its excessive concentration for all kinds of industrial and mining operation on the spot. The system device takes the SCM as the controller， it can accurately monitor and warn the dust concentration， this system has the characters as strong practical design， high running speed， high sensitivity and low cost. 【Keywords】single chip microcomputer；dust sensor；LCD；system alarm 1 引言 在各?工矿作业现场中，经常会发生粉尘超标。工矿粉尘超标给作业人员生命财产带来了严重威胁，因此，设计出能够实时监测作业现场中的粉尘浓度以及对粉尘浓度超标进行报警的系统显得极其重要，对于工矿作业人员人身安全的保障和环境质量的提高有着至关重要的作用。 2 系统设计总体框架 本系统旨在实现对空气粉尘进行检测，当粉尘浓度值超过设定的区间时，报警器会进行报警1。首先通过粉尘传感器对空气浓度进行采集与测量，然后将传感器传出的模拟量转化为数字信号，最后数据经单片机处理会在显示器上进行显示，如若超过设定的粉尘设定值，蜂鸣器会发出声音，指示灯会亮。总体设计框图如图1所示： 3 系统硬件设计 3.1 系统硬件结构 该系统以STC89C52为主控制器，用来控制整个电路的运行。通过粉尘传感器采集空气粉尘浓度值，然后将模拟信号电压值通过ADC0832转换器进行数字转换，最终通过LCD1602显示粉尘浓度数据，同时通过按键对浓度阈值进行设置。当粉尘浓度超标时，蜂鸣器将会进行报警2。因此，这款检测粉尘浓度值的系统，能够对空气粉尘进行较为准确地采集及测量，并能够对测量数据进行监测与预警。 3.2 主控制器设计 STC89C52是由我国生产的一种耗能低、运行能力强的8位控制器，具有8K可以输入程序的中央芯片。同时STC89C52还有其他重要的功能特性，它有着256字节随机存储内存，32位可以用来使用的接口线，芯片内部还带有定时器，三个起到16位定时或者计时的端口，一个终端端口，串行输出口，最基本的晶振电路。 3.3 A/D转换器设计 ADC0832是美国半导体公司生产的一种转换芯片， 它具有转换模拟信号双通道，同时具有8 位分辨率，工作于05V之间的电压。由于它形状小、功能性强、性价比高，因而能够在市场中占有一席之地。粉尘传感器输出的电压值经CH0端口输入到ADC0832芯片，然后由单片机接收转换后数字量信号。 3.4 粉尘浓度传感器的设计 本系统选择日本夏普公司设计的GP2Y1010AU型号作为粉尘传感器，它工作于5V8V电压下，驱动电流不大于20MA，其测量范围在0.8微米以上的粉尘颗粒，可以检测到空气中的花粉、烟雾以及细小的颗粒。 通过粉尘传感器对空气中的粉尘颗粒进行数据采集，该传感器输出为模拟电压值，其值与粉尘浓度成线性关系，可以根据曲线图得出粉尘浓度的大小。 3.5 液晶显示模块设计 本系统设计采用的是属于LCD系列的LCD1602，液晶显示屏具有运行能力强、功能性强、能耗低、性价比高的特点。LCD1602液晶显示器的基本构造是在两块平行的玻璃渗透发光的液态晶体，有许多细微的电线存在于这两块玻璃中，通过给液晶显示屏通上5V电压来控制水晶分子的方向，从而利用折射原理来进行显示。 3.6 报警模块设计 对于报警模块的设计，可以采用PNP三极管来驱动蜂鸣器。当报警模块运行时，通过转换模块发出的数字信号与阀门设定的固定值进行比较3。当粉尘浓度超标时，报警装置就会发出信号，从而引起工作人员的注意从而保证工作人员的安全。 4 系统软件设计 4.1 系统软件结构 系统软件包括液晶显示模块、粉尘浓度采集模块、阈值设定模块和报警模块，系统软件流程图如图2所示。 4.2 液晶显示模块设计 液晶显示模块的主要作用是接受A/D转换器转换过来的数字信号，对单片机写入LCD液晶显示模块程序进行粉尘浓度值显示。首先确定液晶显示屏的RS数据指令选择控制端口、RW读写控制端口以及EN使能控制端口与单片机端口连接的端口代号，然后编写液晶显示屏的运行指令、读写指令以及清屏初始化的程序，最后编写两行显示数据字符串。 4.3 粉尘浓度采集模块设计 ADC0832有两个模拟信号输入端口，本系统采用CH0端口来接收模拟信号。在DI/DO功能通道中，用DI通道来进行双通道切换，同时需要单片机向芯片发送时钟信号，芯片才能正常工作。当粉尘传感器采集到的粉尘浓度经传感器转换为电压值时，经转换器转换成数字信号，再由单片机作为媒介，通过液晶显示屏显示。 4.4 阈值报警模块设计 这两个模块内容少，但是互相联系，因此将阀门设定值与报警模块结合在一起设计。阈值设定模块用单片机两个输入输出端口来调节粉尘报警值的大小。当粉尘超标时，就代表了当前浓度已经大于阈值了，报警模块中的蜂鸣器就会实时报警，信号灯也会发亮。报警模块则用了单片机的一个IO端口进行高低电平的输入。当粉尘超标时，端口就输出高电平，蜂鸣器实时报警；正常情况下，信号采用低电平。 5 结论 为了能够实现对各类工矿作业现场中粉尘浓度显示以及粉尘浓度超标的预警而设计本系统。本系统装置以单片机为控制器，能够实现粉尘浓度监测及报警的基本功能，该系统能够及时地把粉尘状况反馈给工作人员。工作人员通过携带该系统装置，一旦作业现场环境的粉尘浓度超标，装置将给出相应的警报提示工作人员，从而能够有效地保障工矿人员安全健康问题。本系统装置的推广运用，不仅能够减轻粉尘浓度对工作人员的危害，同时能够响应国家绿色环保的发展理念。 【