污水處理廠沼氣報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，被污染的水資源也變得越來(lái)越多，特別是一些小型企業(yè)環(huán)保意識(shí)薄弱。為保證污水處理廠的安全生產(chǎn)，筆者研發(fā)設(shè)計(jì)了一種新型的沼氣報(bào)警系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)采用MQ-2氣體傳感器和ATmega128單片機(jī)系統(tǒng)，利用RS-485總線進(jìn)行通訊，通過(guò)MCGS軟件對(duì)沼氣進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：RS-485總線；單片機(jī)；傳感器；MCGS

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，被污染的水資源也變得越來(lái)越多，特別是一些小型企業(yè)環(huán)保意識(shí)薄弱。筆者研發(fā)設(shè)計(jì)了一種新型的沼氣報(bào)警系統(tǒng)，該報(bào)警系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：正常的工作狀態(tài)下，液晶顯示屏可顯示巡檢路數(shù)、濃度值、單位、時(shí)間、報(bào)警總數(shù)、報(bào)警路數(shù)、故障總數(shù)、故障的具體路數(shù)（巡檢方式顯示）以及故障類(lèi)型。

一、硬件選擇方案（控制器）

控制器選用AVR單片機(jī)。AVR是單片機(jī)系列中最高性能的單片機(jī)，它具有更強(qiáng)的生命力。AVR單片機(jī)采用高級(jí)語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)系統(tǒng)程序，與傳統(tǒng)的采用復(fù)雜指令系統(tǒng)的8051單片機(jī)體系不同的是，AVR單片機(jī)采用更適合中高檔電子產(chǎn)品和嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用需要的精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)。在使用高級(jí)語(yǔ)言時(shí)，會(huì)比AT89C52 碼大小、性能及功耗進(jìn)行優(yōu)化，在前一條指令執(zhí)行的時(shí)候就取出現(xiàn)行的指令，在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可執(zhí)行復(fù)雜的指令，因此可以說(shuō)它是在8位單片機(jī)中第一個(gè)真正的RISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)。AVR單片機(jī)就是通過(guò)使用RISC指令系統(tǒng)來(lái)簡(jiǎn)化單片機(jī)CPU的指令工能，使指令的平均執(zhí)行時(shí)間縮短，從而提高CPU的性能和速度。避免了傳統(tǒng)的8051單片機(jī)CISC指令系統(tǒng)存在的指令長(zhǎng)度不等長(zhǎng)、指令數(shù)多、CPU利用率低和執(zhí)行速度慢等缺點(diǎn)。

AVR單片機(jī)具有較寬的工作電壓范圍，工作電壓在1.8～6V之間，電源的抗干擾能力強(qiáng)；不再需要把芯片從系統(tǒng)上拆下來(lái)再使用專(zhuān)門(mén)的編程器來(lái)燒寫(xiě)程序，而是通過(guò)在線編程將編譯好的目標(biāo)程序直接燒寫(xiě)入Flash程序存儲(chǔ)器。極大方便了程序的調(diào)試；I/O口驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，可以直接驅(qū)動(dòng)LED；內(nèi)置看門(mén)狗定時(shí)器，可以防止程序跑飛，提高產(chǎn)品可靠性。

所以經(jīng)過(guò)論證，最終選擇了ATMEL公司的ATmega128單片機(jī)， ATMmega128內(nèi)部設(shè)有I/O通道，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字量的輸入與輸出，它還具有A/D轉(zhuǎn)換功能，可以解決模擬量的輸入問(wèn)題。同時(shí)，ATMmega128還帶有串口，可以跟計(jì)算機(jī)連接通信。ATmega128的I/O通道有32輸入/輸出及8個(gè)模擬通道，若通道不夠還可以進(jìn)行多塊板子的擴(kuò)展，所以選用ATmega128接口卡。

方案：選用其他型號(hào)的單片機(jī)

無(wú)論從單片機(jī)的資源，還是執(zhí)行速度進(jìn)行比較，ATmega128單片機(jī)都要比其它單片機(jī)性價(jià)比高，而且ATmega128單片機(jī)的價(jià)格還比其它單片機(jī)便宜。

根據(jù)以上方案的比較，最終我在本電路設(shè)計(jì)時(shí)采用了ATmega128芯片。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要原理

設(shè)計(jì)采用主從結(jié)構(gòu)，主機(jī)由傳感器、ATmega128單片機(jī)、顯示器和聲光報(bào)警裝置組成，從機(jī)放在車(chē)間內(nèi)，當(dāng)氣體濃度達(dá)到設(shè)定值時(shí)傳感器會(huì)發(fā)送信號(hào)至主機(jī)。主機(jī)放在值班室內(nèi)，當(dāng)主機(jī)接收到信號(hào)時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警，并在數(shù)碼管顯示器上顯示該車(chē)間的位置。主機(jī)和從機(jī)之間通過(guò)RS485總線連接在一起。PC機(jī)主機(jī)ATmega128 RS485總線及驅(qū)動(dòng)傳感器1傳感器2傳感器n。

三、硬件電路設(shè)計(jì)

污水處理廠沼氣報(bào)警系統(tǒng)以單片機(jī)作為系統(tǒng)的中央處理器，完成傳感器探測(cè)信號(hào)、對(duì)異常情況的判斷和區(qū)域報(bào)警控制器（如圖1）。

四、污水處理廠沼氣報(bào)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在整個(gè)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中A/D轉(zhuǎn)換是整個(gè)系統(tǒng)的橋梁，決定著系統(tǒng)輸出能否實(shí)現(xiàn)。在本系統(tǒng)中用MCGS軟件對(duì)沼氣進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)沼氣濃度達(dá)到設(shè)定值時(shí)紅燈亮。

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（作者單位：河南漯河技師學(xué)院）