一種有害氣體智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

于瑩

摘要：針對(duì)各類有害氣體，基于物聯(lián)網(wǎng)概念，本文設(shè)計(jì)了一款有害氣體智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本文重點(diǎn)介紹了系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)主要包括各類氣體傳感器、Atmega128L單片機(jī)、PC上位機(jī)、用戶手機(jī)、聲光報(bào)警等模塊；硬件電路的設(shè)計(jì)以及上下兩層的軟件結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)利用單片機(jī)和各類傳感器模塊對(duì)有害氣體進(jìn)行采集處理，并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊傳遞至用戶軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

關(guān)鍵詞：有害氣體 單片機(jī) 智能監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：TP216 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）05-0000-00

在科技快速發(fā)展的大背景下，污染成為了人類健康的最大公敵，在一些重工業(yè)城市，霧霾天氣幾乎占據(jù)了全年的80%以上，人們很容易吸入有害氣體，造成身體傷害。

另外，在某些化工類生產(chǎn)企業(yè)，車間經(jīng)常發(fā)生有害氣體泄漏而對(duì)工人造成嚴(yán)重傷害的情況。針對(duì)日常生活和生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的各類有害氣體，本文基于物聯(lián)網(wǎng)理念，設(shè)計(jì)了一種有害氣體智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可根據(jù)用戶需求定制各類有害氣體傳感器模塊，最終通過(guò)PC機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測(cè)。

1 系統(tǒng)組成

有害氣體智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括各類氣體傳感器、Atmega128L單片機(jī)、PC上位機(jī)、用戶手機(jī)、聲光報(bào)警等模塊。其中各類氣體傳感器用于檢測(cè)不同類型氣體，檢測(cè)結(jié)果通過(guò)模擬量形式傳輸至Atmega128L單片機(jī)，單片機(jī)的AD模塊對(duì)采集到的信息進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換及濾波處理，并將氣體濃度數(shù)值通過(guò)WIFI模塊傳輸至PC上位機(jī)，或通過(guò)CDMA模塊傳輸至用戶手機(jī)，同時(shí)根據(jù)氣體濃度閾值進(jìn)行聲光報(bào)警處理。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

有害氣體智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的Atmega128L單片機(jī)前4路AD針腳（ADC0～ADC3）分別連接了4種不同的模擬量輸入氣體傳感器，傳感器模塊可供用戶選擇，包括一氧化碳、氫氣、甲烷、甲苯、甲醛、氨氣、硫化物等，單片機(jī)將輸入的模擬量經(jīng)處理后轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并利用單片機(jī)自帶的SPI接口與I2C接口接入大氣壓傳感器和PM2.5傳感器。

WIFI模塊采用深圳市海凌科電子有限公司生產(chǎn)的RM04模塊，該模塊內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口、以太網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)（WIFI）3個(gè)接口之間的轉(zhuǎn)換，WIFI模塊與單片機(jī)采用串口連接。TDI、TDO、TMS、TCK接口用于連接仿真器。

3 軟件設(shè)計(jì)

有害氣體智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示，分為上下兩層軟件：?jiǎn)纹瑱C(jī)軟件及PC機(jī)用戶監(jiān)控軟件，兩層軟件間通過(guò)TCP協(xié)議進(jìn)行通信。

在單片機(jī)軟件中，AD采集模塊用于采集模擬量輸入形式的氣體傳感器數(shù)據(jù)；SPI通信模塊用來(lái)采集大氣壓傳感器數(shù)據(jù)；串口通信模塊用來(lái)連接WIFI模塊，從而與PC軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；數(shù)據(jù)濾波模塊將采集到的傳感器原始數(shù)據(jù)進(jìn)行低通濾波處理；狀態(tài)監(jiān)控模塊用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控有害氣體狀態(tài)，同時(shí)利用聲光報(bào)警來(lái)提示用戶；數(shù)據(jù)交互模塊用來(lái)解析處理與PC軟件間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。

PC用戶監(jiān)控軟件采用Visual C++ 6.0基于MFC架構(gòu)進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，分為五個(gè)模塊：用戶管理模塊、TCP通信模塊、狀態(tài)更新模塊、報(bào)警處理模塊及數(shù)據(jù)庫(kù)模塊。其中用戶管理模塊用來(lái)定制不同用戶的傳感器配置；TCP通信模塊用來(lái)與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；狀態(tài)更新模塊用來(lái)實(shí)時(shí)更新傳感器數(shù)據(jù)，同時(shí)顯示在軟件界面上；報(bào)警處理模塊用來(lái)記錄和解除報(bào)警狀態(tài)；數(shù)據(jù)庫(kù)模塊用來(lái)存儲(chǔ)用戶設(shè)置及歷史報(bào)警數(shù)據(jù)信息。

4 結(jié)語(yǔ)

Atmega128L單片機(jī)豐富的接口能夠滿足大多數(shù)有害氣體傳感器的通信要求，基于物聯(lián)網(wǎng)概念設(shè)計(jì)的有害氣體智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確且實(shí)時(shí)的對(duì)環(huán)境中的有害氣體濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)解決了現(xiàn)場(chǎng)布線的復(fù)雜度，本文所設(shè)計(jì)的有害氣體智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有較好的模塊化結(jié)構(gòu)，便于用戶使用，且系統(tǒng)具有較高的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。

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