基于485 總線的地下管網(wǎng)氣體危險(xiǎn)源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉鴻飛，王忠華，胡誠

（南昌航空大學(xué)，南昌330063）

1 引言

伴隨著我國城市化進(jìn)程的不斷加快，人們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的污水廢氣大量排放到地下管網(wǎng)。由于管道內(nèi)通風(fēng)不良，造成可燃?xì)怏w累積，當(dāng)可燃?xì)怏w濃度積累到爆炸限時(shí)，遇到明火則可能爆炸[1]。近年來，城市地下管網(wǎng)氣體爆炸事故時(shí)有發(fā)生，造成經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，使地下管線的安全控制與管理受到人們的廣泛關(guān)注。

基于485 總線的地下管網(wǎng)氣體危險(xiǎn)源的監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程多點(diǎn)采集可燃?xì)怏w的濃度信息，并能及時(shí)降低地下管網(wǎng)的可燃?xì)怏w濃度，經(jīng)濟(jì)實(shí)用性很高，對(duì)于預(yù)防和減少地下管網(wǎng)可燃?xì)怏w爆炸風(fēng)險(xiǎn)具有很好的前景和意義。

2 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)監(jiān)控終端以STC89C52RC 單片機(jī)處理器為核心。氣體傳感器MQ-2 模塊輸出可燃?xì)怏w濃度信息轉(zhuǎn)換的模擬電壓，經(jīng)ADC0804 采集到單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理輸出可燃?xì)怏w濃度信息，顯示在顯示屏上。同時(shí)設(shè)置一個(gè)濃度極限值，超過濃度限時(shí)打開排氣扇進(jìn)行工作。采樣的可燃?xì)怏w濃度信息通過485 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)QT 界面，繪制實(shí)時(shí)曲線。整體系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件模塊主要包括最小系統(tǒng)、氣體采集與AD 轉(zhuǎn)換電路、按鍵輸入與排氣控制電路、顯示電路、485 通信電路。

單片機(jī)最小系統(tǒng)是系統(tǒng)終端的核心處理器，它是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能最核心的部分。氣體采集用到的傳感器是MQ-2 傳感器，MQ-2 傳感器隨著可燃?xì)怏w濃度的增加，它的阻值會(huì)變化，空氣中的氣體濃度發(fā)生變化，相應(yīng)的阻值變化可以通過設(shè)計(jì)的簡單電路轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)的變化[2]。輸出的模擬電壓經(jīng)ADC0804 采集到單片機(jī)，通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換輸出濃度信息，并通過LCD1602 顯示采樣的氣體濃度信息和氣體濃度限信息。按鍵輸入的作用是調(diào)整可燃?xì)怏w濃度限，排氣控制是當(dāng)采集的氣體濃度超過濃度限時(shí)，打開排氣扇工作以降低可燃?xì)怏w濃度。485 通信電路的作用是將采集到的濃度信息上傳至上位機(jī)界面。

本文設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)可多點(diǎn)采集可燃?xì)怏w濃度信息，485通信網(wǎng)絡(luò)采用主從式結(jié)構(gòu)，當(dāng)上位機(jī)發(fā)送地址編號(hào)時(shí)，各個(gè)下位機(jī)均可接收到地址編號(hào)，并將接收到的地址與本機(jī)地址進(jìn)行比對(duì)，若一致則實(shí)時(shí)向上位機(jī)發(fā)送信息，不一致則保持靜默，多點(diǎn)采集總線結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 多點(diǎn)采集總線結(jié)構(gòu)

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 下位機(jī)

在硬件的基礎(chǔ)上，下位機(jī)軟件的編寫是本設(shè)計(jì)的核心。下位機(jī)軟件要完成一系列操作，如AD 采樣、LCD 顯示、按鍵管理、排氣控制和通信控制。下位機(jī)一直處于接收上位機(jī)地址編號(hào)的狀態(tài)，當(dāng)接收到的地址與本機(jī)地址一致時(shí)，則每執(zhí)行一次主程序就向上位機(jī)發(fā)送一次濃度數(shù)據(jù)。下位機(jī)的主程序流程如圖3 所示。

4.2 上位機(jī)界面

上位機(jī)界面的實(shí)現(xiàn)是基于Qt 平臺(tái)編寫的GUI 設(shè)計(jì)程序，Qt 是一個(gè)跨平臺(tái)C++圖形用戶界面應(yīng)用程序開發(fā)框架，它的信號(hào)與槽機(jī)制，可以使得各對(duì)象間在不知道對(duì)方信息的情況下，進(jìn)行響應(yīng)與合作。

在本設(shè)計(jì)的界面上，實(shí)現(xiàn)的主要功能有對(duì)下位機(jī)發(fā)送的實(shí)時(shí)氣體濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖操作、以列表的形式記錄下位機(jī)發(fā)送的實(shí)時(shí)氣體濃度數(shù)據(jù)并可以以文件形式保存信息，上位機(jī)的運(yùn)行界面如圖4 所示。

圖4 上位機(jī)運(yùn)行界面

圖3 下位機(jī)主程序流程圖

5 結(jié)語

基于485 總線的地下管網(wǎng)氣體危險(xiǎn)源監(jiān)控系統(tǒng)，通過系統(tǒng)硬件模塊、485 總線主從式結(jié)構(gòu)以及QT 界面的綜合作用，對(duì)于地下管網(wǎng)的爆炸事故具有很大的預(yù)防管理作用。