基于單片機(jī)的地下車庫(kù)一氧化碳監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉政

摘要：文章設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于單片機(jī)的地下車庫(kù)一氧化碳監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可自動(dòng)搜集、記錄、顯示一氧化碳?xì)怏w的濃度數(shù)據(jù)，工作人員在電腦、手機(jī)、Pad、大屏中，可以隨時(shí)查詢環(huán)境數(shù)據(jù)，支持短信等報(bào)警功能。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，可形成日、周、月、年歷史曲線圖，動(dòng)態(tài)展現(xiàn)一氧化碳?xì)怏w濃度變化情況，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可永久保存。在數(shù)據(jù)安全方面，數(shù)據(jù)可進(jìn)行三重加密保存，安全存儲(chǔ)，穩(wěn)定可靠。在數(shù)據(jù)導(dǎo)出方面，可隨時(shí)導(dǎo)出一氧化碳?xì)怏w濃度數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)最終測(cè)試，該系統(tǒng)可達(dá)到預(yù)期功能，可靈活配置管理需求并增加其它監(jiān)測(cè)終端．

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)：地下車庫(kù)：一氧化碳監(jiān)測(cè)：報(bào)警器

中圖分類號(hào)：TP212.6

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著汽車行業(yè)的迅速發(fā)展，幾乎每個(gè)家庭都擁有一輛汽車，這就造成地下車庫(kù)停放的汽車比較飽和，地下車庫(kù)一氧化碳中毒事件頻頻出現(xiàn)[1]。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)行時(shí)，由于汽油燃燒不充分，會(huì)產(chǎn)生含有大量一氧化碳的尾氣[2]。地下停車場(chǎng)屬于密閉環(huán)境，車輛進(jìn)出比較頻繁，所排放的尾氣也不易排出，極易積累大量一氧化碳?xì)怏w，損害人身安全[3]。近年來(lái)，國(guó)家嚴(yán)加要求地下車庫(kù)一氧化碳濃度監(jiān)測(cè)。在密閉環(huán)境中必須安裝排風(fēng)系統(tǒng)，及時(shí)控制一氧化碳濃度，并對(duì)一氧化碳的含量做出定量要求。地下車庫(kù)一氧化碳含量長(zhǎng)期應(yīng)低于25 ppm，短期不應(yīng)高于50 ppm[4]。但目前大部分車庫(kù)還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)對(duì)地下車庫(kù)一氧化碳的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一個(gè)地下車庫(kù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 分析與設(shè)計(jì)

1.1 需求分析與總體框架

本文設(shè)計(jì)的地下車庫(kù)一氧化碳監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要針對(duì)不同面積和不同區(qū)域的停車場(chǎng)設(shè)計(jì)氣體探測(cè)器，全面檢測(cè)地下車庫(kù)中一氧化碳的濃度值。該系統(tǒng)是由地下車庫(kù)局域網(wǎng)、軟件系統(tǒng)、串口服務(wù)器、氣體控制器、氣體探測(cè)器和風(fēng)機(jī)組成的平臺(tái)。氣體探測(cè)器通過(guò)有線和控制器相連，控制器上可集中顯示各監(jiān)測(cè)點(diǎn)濃度值。按照國(guó)家對(duì)地下車庫(kù)一氧化碳濃度的數(shù)據(jù)要求，當(dāng)濃度超出數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)及時(shí)聯(lián)動(dòng)排風(fēng)系統(tǒng)，進(jìn)行新鮮空氣的置換。

本系統(tǒng)通過(guò)對(duì)地下車庫(kù)的在線監(jiān)測(cè)，能夠精確測(cè)量地下車庫(kù)內(nèi)的一氧化碳?xì)怏w并采取有效措施減少一氧化碳在地下車庫(kù)的積累，減少一氧化碳對(duì)人身體健康的損害。

當(dāng)氣體探測(cè)器監(jiān)測(cè)到一氧化碳?xì)怏w時(shí)，氣體控制器發(fā)出報(bào)警信號(hào)并開啟風(fēng)機(jī)，串口服務(wù)器接收控制器發(fā)出的報(bào)警信號(hào)并回傳至軟件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)收到報(bào)警信號(hào)后，通過(guò)地下車庫(kù)局域網(wǎng)把報(bào)警信息和數(shù)據(jù)傳輸至調(diào)度指揮中心，調(diào)度指揮中心通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以短信的方式把一氧化碳監(jiān)測(cè)信息發(fā)送到移動(dòng)平臺(tái)。

調(diào)度指揮中心可以實(shí)時(shí)監(jiān)控地下車庫(kù)的現(xiàn)場(chǎng)情況，并及時(shí)做好引導(dǎo)防范疏導(dǎo)。軟件系統(tǒng)可以顯示不同地下車庫(kù)的監(jiān)測(cè)狀態(tài)，監(jiān)測(cè)人員也可以通過(guò)監(jiān)控設(shè)備了解地下車庫(kù)內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體框架如圖1所示。

1.2

一氧化碳監(jiān)測(cè)的技術(shù)分析

1.2.1 一氧化碳監(jiān)測(cè)的探頭分析

一氧化碳?xì)怏w可用可燃?xì)馓筋^檢測(cè)。因?yàn)橐谎趸荚诳諝庵羞_(dá)到一定的濃度會(huì)爆炸，但用可燃?xì)馓筋^只能測(cè)出其爆炸上下限，卻不能測(cè)出其濃度值，不能用于預(yù)防一氧化碳中毒，不適用于檢測(cè)一氧化碳泄露場(chǎng)所。

如要測(cè)一氧化碳的濃度值，本文需要采用專用的PPM級(jí)一氧化碳檢測(cè)儀，這樣才能測(cè)出一氧化碳在空氣中的PPM級(jí)別。如測(cè)微泄露就應(yīng)選用專業(yè)PPM級(jí)一氧化碳檢測(cè)儀，量程為0-1 000/2 000;如測(cè)一氧化碳爆炸下限就應(yīng)選可燃?xì)馓筋^，量程為0 - 100LEL。如果是一氧化碳庫(kù)區(qū)或其它無(wú)人場(chǎng)合，并主要以防止爆炸為檢測(cè)目的，則可選可燃?xì)馓筋^；同時(shí)，如想較精確檢測(cè)上述位置的一氧化碳濃度，可選（0-1000 ppm）。一氧化碳檢測(cè)儀的精度是量程的正負(fù)2%，工作環(huán)境濕度范圍是10% -95%RH。每個(gè)通道對(duì)應(yīng)每個(gè)檢測(cè)儀的數(shù)值，必須采用一對(duì)一的顯示。單通道、雙通道和4通道的是實(shí)時(shí)數(shù)字顯示，并設(shè)計(jì)具備巡檢功能。8通道、16通道和總線制的控制主機(jī)有巡檢功能。

1.2.2

一氧化碳檢測(cè)儀的安裝

安裝在地下車庫(kù)的一氧化碳檢測(cè)儀，應(yīng)距泄露源1m以內(nèi)。由于地下車庫(kù)的泄露源比較廣泛，本文設(shè)計(jì)每隔2m安裝一個(gè)一氧化碳檢測(cè)儀，并保持安裝在距地下車庫(kù)的庫(kù)頂以下30 cm處。主機(jī)安裝在控制室內(nèi)，要根據(jù)泄露點(diǎn)人員出現(xiàn)的頻率和停留時(shí)間，生產(chǎn)設(shè)備的新舊程度來(lái)選擇安裝數(shù)量，以期達(dá)到最佳的安裝效果。比如，電梯或樓梯口人員流動(dòng)較大。特別注意防止高溫?zé)嵩吹妮椛?，過(guò)高的溫度會(huì)降低傳感器的性能和使用壽命，所以一氧化碳檢測(cè)儀傳感器所在的黃色金屬外殼部分應(yīng)朝向地面。

1.2.3

一氧化碳監(jiān)測(cè)的報(bào)警設(shè)計(jì)

一氧化碳濃度監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)所在地下車庫(kù)的一氧化碳濃度值。一氧化碳的最高允許濃度應(yīng)不大于30 mg/m3（標(biāo)準(zhǔn)來(lái)自《GB50736-2012民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》）。當(dāng)一氧化碳濃度值超過(guò)警戒值時(shí)，一氧化碳濃度傳感器將信號(hào)傳遞給一氧化碳濃度控制器。一氧化碳濃度控制器聯(lián)動(dòng)風(fēng)機(jī)配電箱內(nèi)置開關(guān)量啟停模塊，打開排煙風(fēng)機(jī)，排出車庫(kù)區(qū)域內(nèi)超標(biāo)的有毒氣體，一氧化碳濃度值將迅速下降至安全范圍。一氧化碳濃度值回歸安全值，由一氧化碳濃度控制器聯(lián)動(dòng)風(fēng)機(jī)配電箱內(nèi)置開關(guān)量啟停模塊，關(guān)閉排煙風(fēng)機(jī)，避免風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，節(jié)約能源。

本文設(shè)計(jì)的一氧化碳監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置采用墻面型系列的F2000TSM-CO-A106。地下車庫(kù)的一氧化碳監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具有報(bào)警功能和白校驗(yàn)功能。為保證讀數(shù)的穩(wěn)定性和可靠性，可選墻面安裝支架，方便安裝。該一氧化碳監(jiān)測(cè)器和警報(bào)器專門用于檢測(cè)地下車庫(kù)的一氧化碳濃度，量程為0 - 500 ppm，壽命可長(zhǎng)于3年，具有獨(dú)特的白校驗(yàn)功能保證讀數(shù)的穩(wěn)定性和可靠性。該系統(tǒng)在讀數(shù)方面，具備多點(diǎn)校準(zhǔn)以保證讀數(shù)的準(zhǔn)確性；采用Modhus RS485作為通信接口，報(bào)警聲音清晰響亮，在3m內(nèi)可達(dá)75 dB．對(duì)于地下車庫(kù)的環(huán)境．75 dB的聲音已滿足要求：采用5V電源適配器，連接230 VAC供電，使用上安全方便。本文設(shè)計(jì)并安裝一臺(tái)一氧化碳控制器控制50臺(tái)一氧化碳?xì)怏w探測(cè)器，在一定程度上，可極大拓展一氧化碳檢測(cè)系統(tǒng)容量。

2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)

2.1 一氧化碳監(jiān)測(cè)報(bào)警的工作流程實(shí)現(xiàn)

當(dāng)一氧化碳?xì)怏w在空氣中達(dá)到一定濃度時(shí)，一氧化碳監(jiān)測(cè)報(bào)警儀會(huì)立即發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)。當(dāng)探測(cè)器周圍空氣中一氧化碳濃度降低并消失后，探測(cè)報(bào)警器會(huì)自動(dòng)停止報(bào)警聲響，紅色指示燈熄滅，探測(cè)器回到正常監(jiān)測(cè)狀態(tài)，綠色指示燈發(fā)亮。本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的探測(cè)報(bào)警器采用與外接排風(fēng)扇連接方式，在報(bào)警時(shí)能立刻自動(dòng)打開排風(fēng)扇，排除氣體，確保地下車庫(kù)的安全。其工作流程實(shí)現(xiàn)如圖2所示。

氣體報(bào)警控制主機(jī)用來(lái)集中顯示各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的一氧化碳濃度值并實(shí)現(xiàn)與排風(fēng)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)。當(dāng)一氧化碳濃度值超過(guò)預(yù)設(shè)報(bào)警值時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)報(bào)警或控制啟動(dòng)排風(fēng)系統(tǒng)。氣體報(bào)警控制主機(jī)一般安裝在值班室中，與檢測(cè)儀采用四芯線S485協(xié)議連接。主機(jī)內(nèi)部要有繼電器報(bào)警開關(guān)量輸出用于控制排風(fēng)系統(tǒng)。風(fēng)機(jī)由報(bào)警控制主機(jī)聯(lián)動(dòng)，當(dāng)一氧化碳濃度超標(biāo)時(shí)白動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)：當(dāng)一氧化碳濃度恢復(fù)正常時(shí)，風(fēng)機(jī)自動(dòng)停止。2.2數(shù)據(jù)可視化的程序?qū)崿F(xiàn)

本文設(shè)計(jì)的地下車庫(kù)一氧化碳監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)一由檢測(cè)儀采集，通過(guò)GPRS無(wú)線傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)器，由遠(yuǎn)端解析傳感器數(shù)據(jù)，保存到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。在展示端搭建系統(tǒng)服務(wù)平臺(tái)，為數(shù)據(jù)展示提供必要的接口，由各類接口將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)返回給可視化大屏，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)展示。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可視化主要由三大部分組成：數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)告警分析和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)表、可視化?？梢暬募軜?gòu)主要采用無(wú)代理模式C/S。

數(shù)據(jù)的收集方式，可以分為主動(dòng)模式、被動(dòng)模式、投遞模式。主動(dòng)模式主要是從監(jiān)測(cè)中心去監(jiān)測(cè)儀獲取數(shù)據(jù)。被動(dòng)模式是從監(jiān)測(cè)儀向監(jiān)控中心發(fā)送數(shù)據(jù)。投遞模式是向監(jiān)測(cè)中心推送數(shù)據(jù)。本文采用投遞模式，因?yàn)檫@種模式，適合于時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)的監(jiān)測(cè)。具體實(shí)現(xiàn)的部分核心代碼如下：

#導(dǎo)入pyecharts庫(kù)

from pyecharts. charts import Bar， Line， Grid

from pyecharcs imporL options

province=['地下車庫(kù)A區(qū)'，'地下車庫(kù)B區(qū)'，'地下車庫(kù)C區(qū)'，'地下車庫(kù)D區(qū)'，'地下車庫(kù)E區(qū)']

datel=[10000，5000.5000.3000 .6000 .4321，6523，3424]

date2=[1200 .50 .43 .32 .75， 43 ，41 ，9]

bar=Bar（）#實(shí)例化柱狀圖對(duì)象

#畫柱狀圖

bar. add_xaxis（ province）

bar．a(chǎn)dd_yaxis（'人數(shù)'，datel）

bar．a(chǎn)dd_yaxis（'人數(shù)'，date2）

bar．set_global_opts（

Litle_opts= options. TilleOp（s（title='信息'）

本文在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化時(shí)，需要做好數(shù)據(jù)分析。該數(shù)據(jù)分析的結(jié)果必須作為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的來(lái)源。在這種情況下，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集，已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義的采集，而是融合了各種場(chǎng)景的數(shù)據(jù)采集，最終匯總為大數(shù)據(jù)處理，故監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來(lái)源，需要各種專門的Agent軟件進(jìn)行收集。數(shù)據(jù)可視化的實(shí)現(xiàn)，必須將濃度監(jiān)控器放置于消控室，可以實(shí)時(shí)查看系統(tǒng)內(nèi)全部一氧化碳濃度監(jiān)測(cè)儀和一氧化碳濃度控制器的工作狀態(tài)和報(bào)警信息，并打印紙質(zhì)報(bào)告，控制器的指示燈指示運(yùn)行、通信、報(bào)警、故障、消音等。

3 結(jié)語(yǔ)

本文主要是基于STM32開發(fā)板設(shè)計(jì)并布線實(shí)現(xiàn)地下車庫(kù)一氧化碳監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。從安全和節(jié)能的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)及時(shí)排風(fēng)，從而避免一氧化碳的濃度超標(biāo)：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)一氧化碳的濃度可實(shí)時(shí)控制排風(fēng)的時(shí)間，從而節(jié)省能源，避免不必要的浪費(fèi)。該系統(tǒng)在進(jìn)行24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)一氧化碳?xì)怏w濃度時(shí)，可實(shí)現(xiàn)異常立即遠(yuǎn)程上報(bào)故障信息，并連接安全管理部門。該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)可視化、多端數(shù)據(jù)查詢、自動(dòng)告警、趨勢(shì)展現(xiàn)、永久存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、靈活配置、圖形化設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)潔美觀的特點(diǎn)。該地下車庫(kù)一氧化碳檢測(cè)系統(tǒng)還可方便地移到新場(chǎng)所。

參考文獻(xiàn)

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（編輯姚鑫）