基于AGV 工廠環(huán)境污染監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馮玉松 黃旭陽 徐佳璇 汪 源

（三亞學(xué)院 理工學(xué)院，海南 三亞572022）

1 概述

工廠作為工業(yè)生產(chǎn)的核心力量，也是我國發(fā)展的核心動力之一。工廠安全問題，是在保證了廠內(nèi)人員生命安全的同時(shí)，保證正常的生產(chǎn)力的重要前提條件，工廠環(huán)境監(jiān)測為工廠安全提供了有力的依據(jù)和實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)保障。

工廠環(huán)境污染監(jiān)測系統(tǒng)，是針對于這些有安全隱患或是較差工作環(huán)境車間的一個(gè)監(jiān)測和警報(bào)的智能解決方案，在不同的工廠環(huán)境中，此系統(tǒng)可以監(jiān)測到車間溫度、車間濕度、車間光照強(qiáng)度、天然氣濃度、煙霧濃度、氫氣濃度、一氧化碳濃度、酒精濃度、空氣質(zhì)量、可燃?xì)怏w濃度、液化氣濃度、火焰?zhèn)鞲衅?，在環(huán)境出現(xiàn)異常的時(shí)候進(jìn)行自主的報(bào)警提示。在主電路版的設(shè)計(jì)上，采用了插槽的設(shè)計(jì)，能夠降低設(shè)備維護(hù)和更換的難度，方便使用者根據(jù)需要更換對應(yīng)的部分，使得整個(gè)系統(tǒng)擁有較長的使用壽命，是一款專為工廠車間工人的健康以及車間安全生產(chǎn)的產(chǎn)品。

2 基于AGV 工廠環(huán)境污染監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要通過傳感器技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)和AGV 技術(shù)來設(shè)計(jì)，系統(tǒng)主要包括AGV 循跡移動平臺、常規(guī)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、特殊環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)。在系統(tǒng)上使用了可插拔的設(shè)計(jì)，便于快速的系統(tǒng)維修和傳感器更換（圖1）。

2.1 AGV 循跡移動平臺

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

AGV 循跡移動平臺讓環(huán)境污染檢測系統(tǒng)能夠到達(dá)工廠任何位置，并能夠在自主循跡過程中主動避讓其他移動平臺和移動人員，達(dá)到監(jiān)測全車間的效果。該系統(tǒng)采用LM298N 模塊、RCWL-1601 模塊、紅外循跡模塊、4 個(gè)直流電機(jī)以及12v 主電源?；贏T89C52 單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過運(yùn)用紅外循跡得知地面黑色AGV 引導(dǎo)線的方向和移動平臺于引導(dǎo)線的相對位置關(guān)系，通過不同的反饋信號來控制LM298N 對4 個(gè)不同位置的直流電機(jī)進(jìn)行分別的調(diào)速，控制移動平臺能夠根據(jù)地面引導(dǎo)線的上方穩(wěn)定的移動，不發(fā)生偏移。在RCWL-1601 檢測到前方有其他的平臺和人員距離過近的情況（距離小于10cm）時(shí)，移動平臺自動停止前進(jìn)等待，直至前方?jīng)]有其他的障礙的時(shí)候他會自動恢復(fù)移動。

2.2 常規(guī)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)

常規(guī)檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)是為了監(jiān)測車間環(huán)境的基本參數(shù)，使用者可以在顯示系統(tǒng)上看到當(dāng)前車間環(huán)境的溫度、濕度、光照強(qiáng)度和噪音聲音的數(shù)值，并可以根據(jù)不同車間的工作環(huán)境要求設(shè)定不同的報(bào)警閥值，當(dāng)某項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)超過報(bào)警閥值則會觸發(fā)報(bào)警。該系統(tǒng)采用DHT12 模塊、BH1750 模塊、噪音監(jiān)測模塊。基于AT89C52 單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用I2C 總線連接DHT12、BH1750 兩種傳感器，分別使用B8H、46H 三個(gè)器件地址訪問兩個(gè)傳感器，按照順序分別讀取不同的傳感器數(shù)值，并在顯示系統(tǒng)上進(jìn)行顯示，誤差均穩(wěn)定在±3%以內(nèi)。四項(xiàng)常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)根據(jù)車間環(huán)境要求設(shè)定不同的報(bào)警閾值，超過閾值時(shí)就會觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警，當(dāng)環(huán)境恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)系統(tǒng)停止報(bào)警，確保車間正常的工作環(huán)境，保證車間的生產(chǎn)質(zhì)量。

2.3 特殊環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)

特殊監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)是為了監(jiān)測車間環(huán)境在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的非常規(guī)的空氣內(nèi)容物，使用者可以在顯示系統(tǒng)上看到當(dāng)前車間環(huán)境的天然氣濃度、煙霧濃度、氫氣濃度、一氧化碳濃度、酒精濃度、空氣質(zhì)量、可燃?xì)怏w濃度、液化氣濃度的數(shù)值和火焰監(jiān)測，并可以根據(jù)氣體的種類的工作環(huán)境要求設(shè)定不同的報(bào)警閥值，當(dāng)某項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)超過報(bào)警閥值則會觸發(fā)報(bào)警。該系統(tǒng)采用MQ-2 到MQ-9 等8 個(gè)模塊、MQ-135 模塊和火焰?zhèn)鞲衅?。基于AT89C52 單片機(jī)系統(tǒng)以及PCF85914 芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)，將8 個(gè)MQ系列傳感器分為兩組分別連接在兩個(gè)PCF8591 芯片上進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)使用I2C 總線連兩個(gè)PCF8591 芯片，分別使用90H和92H 兩個(gè)器件地址進(jìn)行訪問，按照順序分別讀取不同的傳感器數(shù)值，并在顯示系統(tǒng)上有對應(yīng)的數(shù)字顯示，MQ 傳感器誤差均穩(wěn)定在±0.1V 以內(nèi)。八項(xiàng)非常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)根據(jù)氣體種類要求設(shè)定不同的報(bào)警閾值，當(dāng)超過所設(shè)定的200ppm 對應(yīng)閾值的時(shí)候就會觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警，當(dāng)環(huán)境恢復(fù)或達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)系統(tǒng)會停止報(bào)警?；鹧?zhèn)鞲衅髟谟忻骰鸬那闆r下會像單片機(jī)發(fā)送異常信號，并通過報(bào)警模塊進(jìn)行報(bào)警。實(shí)現(xiàn)在車間環(huán)境出現(xiàn)異常的時(shí)候能夠第一時(shí)間報(bào)警，警示車間工人疏散、管理人員切斷生產(chǎn)設(shè)備電源并進(jìn)行緊急處理，保證車間工人和車間生產(chǎn)設(shè)備的安全。

2.4 數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)

數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)地設(shè)計(jì)讓使用者能夠隨時(shí)的查看車間各項(xiàng)環(huán)境檢測數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)采用LCD12864 模塊，基于AT89C51 單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在LCD12864 傳輸方式上采用了其串行傳輸?shù)姆绞?，只選用SCLK、SID、CS、PSB、RST 五個(gè)引腳進(jìn)行控制，減少了單片機(jī)引腳的使用數(shù)量。再出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常的時(shí)候，顯示系統(tǒng)會停留在異常數(shù)據(jù)的顯示界面上，能夠以讓使用者直觀的知道異常數(shù)據(jù)的參數(shù)。

2.5 報(bào)警系統(tǒng)

報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)是為了在數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常的情況時(shí)進(jìn)行報(bào)警，并設(shè)定了不同等級以及不同異常數(shù)據(jù)的報(bào)警音，方便使用者根據(jù)不同的報(bào)警聲音分辨環(huán)境異常內(nèi)容，并進(jìn)行相對應(yīng)的緊急處理，提高系統(tǒng)的實(shí)用性。

3 結(jié)論

AGV 系統(tǒng)和整體實(shí)物圖如圖2 和圖3 所示，該系統(tǒng)為工廠車間提供了更好的車間內(nèi)環(huán)境監(jiān)測解決方案，該系統(tǒng)不僅能夠依托于AGV 移動平臺動態(tài)的檢測車間，也可以在發(fā)生異常時(shí)第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)提醒車間內(nèi)人員。電路板插槽的設(shè)計(jì)使系統(tǒng)在維護(hù)時(shí)更為方便地更換需要的設(shè)備，更好的保證車間內(nèi)工人的生命安全和正常生產(chǎn)活動。

圖2 AGV 系統(tǒng)實(shí)物圖

圖3 整體實(shí)物圖