地下停車場通風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

田金博 巨永鋒 趙 妍 杜 凱

（長安大學(xué)a.電子與控制工程學(xué)院；b.經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院）

地下停車場中的空氣污染主要是由汽車尾氣引起的，且沒有光線照入，新鮮的空氣很難從外界進(jìn)入，對駕駛員和停車場內(nèi)工作人員的健康造成了很大的威脅。 因此，地下停車場內(nèi)要保持空氣清新，必須采取一系列通風(fēng)措施，目前行業(yè)內(nèi)評估室內(nèi)空氣質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)有兩種，分別為舒適度標(biāo)準(zhǔn)和清潔度標(biāo)準(zhǔn)［1］。 本設(shè)計(jì)采用誘導(dǎo)型通風(fēng)系統(tǒng)［2］，首先設(shè)計(jì)單片機(jī)硬件電路，實(shí)現(xiàn)對CO 濃度和溫度的檢測，通過檢測量來實(shí)現(xiàn)對地下停車場通風(fēng)的控制，通過Keil 軟件設(shè)計(jì)出相應(yīng)的控制程序并在Proteus 軟件中對幾種風(fēng)機(jī)啟動(dòng)的情況進(jìn)行仿真，仿真成功后進(jìn)行模擬實(shí)物的搭建與調(diào)試，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的正常啟動(dòng)和火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的正常工作。

1 總體方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的總體思路是將CO 傳感器和溫度傳感器檢測出來的信號作為單片機(jī)的輸入， 系統(tǒng)的整體框圖如圖1 所示，鍵盤可以輸入設(shè)定值并可作為手/自動(dòng)切換開關(guān)， 在系統(tǒng)的輸出端有LCD顯示模塊、報(bào)警電路和風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)模塊。

設(shè)計(jì)主要通過檢測CO 氣體濃度， 根據(jù)超標(biāo)濃度的不同啟動(dòng)不同組別的風(fēng)機(jī)［3］，同時(shí)設(shè)計(jì)了報(bào)警模塊，當(dāng)溫度超出設(shè)定值范圍時(shí)，停車場內(nèi)會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信號，還設(shè)計(jì)了按鍵模塊，可以進(jìn)行風(fēng)機(jī)的手/自動(dòng)切換并人為調(diào)整啟動(dòng)風(fēng)機(jī)的CO 濃度設(shè)定值和溫度報(bào)警設(shè)定值， 即可達(dá)到對地下停車場通風(fēng)系統(tǒng)的控制，也可以實(shí)現(xiàn)火災(zāi)報(bào)警。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 溫度傳感器的選型

本設(shè)計(jì)采用的溫度傳感器為DS18B20，DS18B20 是常用的數(shù)字溫度傳感器，它測出的溫度值可直接顯示在LCD 顯示屏中。

2.2 CO 傳感器的選型

本設(shè)計(jì)選用的CO 傳感器為MQ-7 型， 該型號的傳感器對CO 的檢測靈敏度非常高， 可使用簡單的電路將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為CO 氣體濃度對應(yīng)的電壓信號， 用0～5V 的電壓值來對應(yīng)不同的濃度，并將測出的濃度顯示在LCD 顯示屏中。

2.3 風(fēng)機(jī)的選型

本設(shè)計(jì)選用FYA 誘導(dǎo)型風(fēng)機(jī)［4］，根據(jù)不同的車位地形選取不同型號的風(fēng)機(jī)［5］，根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》風(fēng)機(jī)的選型規(guī)則見表1［6］。

表1 風(fēng)機(jī)的選型規(guī)則

2.4 蜂鳴器模塊設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)在溫度達(dá)到報(bào)警值時(shí)采取蜂鳴器報(bào)警并有指示燈閃爍的形式來提示工作人員火災(zāi)報(bào)警，起到預(yù)防火災(zāi)延續(xù)的作用，與此同時(shí)停止風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)，防止火勢繼續(xù)蔓延。 蜂鳴器接口電路如圖2 所示。

圖2 蜂鳴器接口電路

2.5 按鍵模塊設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)共有5 個(gè)獨(dú)立按鍵，如圖3 所示，P1.0口為調(diào)整按鈕，用來調(diào)整需要設(shè)定值的初值，P1.1為調(diào)大按鈕，用來調(diào)大設(shè)定值，P1.2 為調(diào)小按鍵，用來調(diào)小設(shè)定值，P1.6 為手/自動(dòng)開關(guān)按鈕， 按下時(shí)為手動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)為手動(dòng)狀態(tài)時(shí)按下P1.3 則風(fēng)機(jī)啟動(dòng)；當(dāng)P1.6 未被按下時(shí)為自動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)按下P1.3 不啟動(dòng)風(fēng)機(jī)。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)功能要求

本設(shè)計(jì)要求風(fēng)機(jī)可分別在手動(dòng)、自動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行。

圖3 按鍵接口電路

當(dāng)在手動(dòng)狀態(tài)下時(shí)，開啟風(fēng)機(jī)啟動(dòng)按鈕首先溫度傳感器會(huì)進(jìn)行溫度檢測，如果溫度未達(dá)到預(yù)警值，風(fēng)機(jī)正常啟動(dòng)，如果溫度超過預(yù)警值，風(fēng)機(jī)不會(huì)啟動(dòng)，蜂鳴器產(chǎn)生報(bào)警信號。

當(dāng)在自動(dòng)狀態(tài)下時(shí)， 風(fēng)機(jī)可根據(jù)CO 濃度和溫度的測量情況來啟動(dòng)，如發(fā)生火災(zāi)情況導(dǎo)致溫度過高，蜂鳴器會(huì)立刻發(fā)出報(bào)警信號，在單片機(jī)的輸入端立即產(chǎn)生風(fēng)機(jī)停止指令，風(fēng)機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)行。 第1 次檢測到CO 濃度大于一次CO 濃度設(shè)定值時(shí)，只需開啟檢測點(diǎn)的誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)即可； 若第2 次檢測CO 濃度大于二次CO 濃度設(shè)定值，此時(shí)開啟兩組誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)同時(shí)進(jìn)行通風(fēng)。

3.2 系統(tǒng)的主流程

本系統(tǒng)的主流程如圖4 所示。

圖4 系統(tǒng)主流程

3.3 LCD 顯示模塊子流程

系統(tǒng)LCD 顯示子流程如圖5 所示，系統(tǒng)首先進(jìn)行初始化， 然后進(jìn)行清屏， 最后根據(jù)設(shè)定第1行和第2 行的顯示位置，顯示兩行對應(yīng)的內(nèi)容。

圖5 LCD 顯示子流程

3.4 系統(tǒng)的報(bào)警子流程

圖6 為系統(tǒng)的報(bào)警子流程。 當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)設(shè)報(bào)警值時(shí)，報(bào)警指示燈閃爍且蜂鳴器會(huì)產(chǎn)生報(bào)警警報(bào)。

圖6 報(bào)警子流程

3.5 風(fēng)機(jī)控制子程序

本設(shè)計(jì)針對不同的CO 濃度值啟動(dòng)不同組的風(fēng)機(jī)， 當(dāng)CO 傳感器輸出的電壓值達(dá)到預(yù)設(shè)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)電壓值時(shí)第1 組風(fēng)機(jī)啟動(dòng)， 當(dāng)CO 傳感器輸出的電壓值達(dá)到預(yù)設(shè)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)的電壓值加1V時(shí)，兩組風(fēng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)，圖7 為風(fēng)機(jī)啟動(dòng)流程。

圖7 風(fēng)機(jī)啟動(dòng)流程

4 系統(tǒng)的仿真

本系統(tǒng)采用Proteus 軟件對硬件電路進(jìn)行仿真。 在Proteus 中可仿真出自動(dòng)和手動(dòng)兩個(gè)狀態(tài)下風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并在LCD 顯示屏中顯示出已測出的溫度和CO 濃度值， 同時(shí)可仿真出兩組風(fēng)機(jī)的啟停狀態(tài)。

4.1 手動(dòng)控制狀態(tài)

在手動(dòng)控制狀態(tài)時(shí)，當(dāng)溫度沒有達(dá)到預(yù)設(shè)報(bào)警值時(shí)風(fēng)機(jī)會(huì)有兩種工作狀態(tài)，第1 種為兩組風(fēng)機(jī)都不啟動(dòng)，第2 種為兩組風(fēng)機(jī)都啟動(dòng)。 本仿真設(shè)計(jì)的不報(bào)警溫度范圍為0~35℃，當(dāng)溫度未達(dá)到報(bào)警指示時(shí)，在手動(dòng)狀態(tài)下，按下風(fēng)機(jī)啟動(dòng)按鈕兩臺(tái)風(fēng)機(jī)會(huì)同時(shí)啟動(dòng)；當(dāng)溫度超過35℃時(shí)，按下風(fēng)機(jī)啟動(dòng)按鈕時(shí)風(fēng)機(jī)不會(huì)啟動(dòng)。 圖8 所示為手動(dòng)狀態(tài)下，溫度未達(dá)到報(bào)警值時(shí)按下風(fēng)機(jī)啟動(dòng)按鈕的仿真結(jié)果， 圖中Alarm 表示CO 濃度預(yù)設(shè)值對應(yīng)的電壓值，Amoke 表示此時(shí)測定的CO 濃度對應(yīng)的電壓值，Tem 表示測試出的溫度值。 此時(shí)D5亮表示手動(dòng)狀態(tài)，D4 與D2 同時(shí)亮表示兩組風(fēng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)，D3 此時(shí)不亮，表示有風(fēng)機(jī)啟動(dòng)。

圖8 手動(dòng)狀態(tài)按下啟動(dòng)按鈕仿真圖

4.2 自動(dòng)控制狀態(tài)

4.2.1 溫度不達(dá)到報(bào)警值時(shí)

CO 濃度達(dá)到風(fēng)機(jī)啟動(dòng)值時(shí)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)。在自動(dòng)狀態(tài)下，當(dāng)溫度沒有達(dá)到報(bào)警值時(shí)，CO 傳感器輸出電壓值達(dá)到預(yù)設(shè)電壓1V 時(shí)， 第1 組風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，且風(fēng)機(jī)指示燈D2 閃亮，仿真結(jié)果如圖9所示。

圖9 CO 濃度達(dá)到風(fēng)機(jī)啟動(dòng)值風(fēng)機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)

CO 濃度大于報(bào)警值時(shí)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)。 自動(dòng)狀態(tài)下，當(dāng)溫度未達(dá)到報(bào)警值時(shí)，且CO 傳感器輸出的模擬電壓達(dá)到2V 時(shí)，兩組風(fēng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)，此時(shí)D5 不亮，D3 不亮，D4 與D2 亮，仿真結(jié)果如圖10 所示。

圖10 CO 濃度大于報(bào)警值時(shí)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)

4.2.2 溫度達(dá)到報(bào)警值時(shí)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)

自動(dòng)控制狀態(tài)下， 當(dāng)溫度達(dá)到報(bào)警預(yù)設(shè)值時(shí)，風(fēng)機(jī)不啟動(dòng)，且產(chǎn)生報(bào)警信號，即使CO 傳感器輸出電壓大于預(yù)設(shè)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)電壓時(shí)風(fēng)機(jī)也不會(huì)啟動(dòng)，就可以很好地起到預(yù)防火災(zāi)發(fā)生時(shí)火勢變大的作用， 此時(shí)D5 手動(dòng)狀態(tài)指示燈不亮，D1報(bào)警指示燈亮，D3 風(fēng)機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)指示燈亮，D4 與D2 兩組風(fēng)機(jī)指示燈不亮。

經(jīng)過仿真驗(yàn)證， 實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的手/自動(dòng)切換，手動(dòng)狀態(tài)下按下風(fēng)機(jī)啟動(dòng)按鈕風(fēng)機(jī)會(huì)啟動(dòng)，自動(dòng)狀態(tài)下根據(jù)CO 濃度的大小啟動(dòng)不同組的風(fēng)機(jī)。

5 系統(tǒng)模擬實(shí)物搭建

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)物搭建。 首先選取適當(dāng)?shù)脑骷?，然后進(jìn)行焊接。 在搭建實(shí)物的過程中最重要的部分就是焊接。 分模塊進(jìn)行搭建，首先先用電烙鐵焊接顯示模塊，顯示模塊最重要的一個(gè)元器件為滑動(dòng)變阻器，將顯示器與單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊相連接， 將顯示程序燒進(jìn)單片機(jī)中；接下來焊接按鍵模塊，一共有5 個(gè)按鍵。 按鍵模塊焊接好后搭建傳感器 （CO 傳感器與溫度傳感器）；完成后再搭建報(bào)警模塊，最后進(jìn)行風(fēng)機(jī)模塊的搭建。

6 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)從節(jié)能減排的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)出了與傳統(tǒng)的通風(fēng)系統(tǒng)相區(qū)別的智能通風(fēng)控制系統(tǒng)。 在本設(shè)計(jì)中， 智能通風(fēng)控制主要是以CO 的濃度來控制風(fēng)機(jī)，采用無風(fēng)管誘導(dǎo)系統(tǒng)，通過對CO 濃度的檢測， 得到地下停車場需要啟動(dòng)的風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)，實(shí)現(xiàn)了智能控制策略，并設(shè)計(jì)了火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。