基于XS128的生產環境監控系統

任麗莉

(長春師范大學技防中心，吉林長春 130032)

基于XS128的生產環境監控系統

任麗莉

(長春師范大學技防中心，吉林長春 130032)

本生產環境監控系統由主控部分與手持監控部分組成。通過飛思卡爾XS128芯片協調各個傳感器模塊與環境控制模塊來實現對生產環境的實時監測與控制。手持監控部分能夠實時顯示系統內的環境，并且可以實現遠程控制。新穎的Android[1]手持設備更加人性化和智能化。整個系統采用藍牙無線通信技術，實現了智能化控制。

生產環境監控；Android；人工智能

為了控制職業危害因素，改善勞動條件，首先必須識別和評價職業危害的程度，生產環境監測是這項工作的一個重要環節。通過生產環境監測可以把握生產環境中危害因素的性質、強度或濃度，及其時間和空間的分布情況；估計人體的接觸水平，為研究接觸水平與健康狀況的關系提供基礎數據；檢查生產環境的衛生質量，評價勞動條件是否符合衛生標準的要求；監視有關勞動衛生和勞動保護法規的貫徹執行情況，評價勞動條件防治措施效果；為控制危害因素及制訂、修訂衛生標準和工作計劃提供依據。為了減少監測人員的傷害和提高人員利用率，本文建立了一個能夠遠程監測的監控系統，可以實時檢測環境。

1 系統總體設計

本系統主要由電源模塊、電路驅動模塊、傳感器模塊、顯示模塊、手動輸入模塊、無線傳輸模塊、輸出模塊、主控部分控制系統、手持設備控制系統組成。系統總體框圖如圖1所示。

圖1 系統總體框圖

2 系統環境穩定控制分析

一個智能化的生產監控系統，需要對整個系統內部環境進行實時的監測，并且能穩定地對系統內部環境進行有效的控制，這樣才能保障整個系統的可靠性和智能性。對于系統環境的穩定性，從系統溫度控制[2]、系統聯動控制[3]、手持設備控制主控設備等方面進行分析。

圖2 溫度控制過程

2.1 系統溫度控制的分析

生產環境監控系統需要穩定高效地對環境溫度進行控制，要求溫度控制絕對誤差小于2℃(溫度設定與控制范圍在+25℃～+60℃范圍內，測試時按指定的控制溫度，在2分鐘內完成)。因此，在控制過程中，放棄了能夠同時采樣環境中溫度和濕度的DHT11溫濕度傳感器，在溫度端采用18B20溫度傳感器對溫度進行有效、準確、快速的控制，這樣既提高了溫度檢測的范圍，又加強了對環境內溫度準確快速的監控。在系統溫度控制過程中，采用不斷反饋的算法，加熱部分摒棄了直接加熱的方法，在不同的溫度區域內采用折線式分段控制的方法，允許關閉加熱設備后系統溫度可以繼續升高而不超過溫度要求閾值(圖2)。

2.2 系統聯動控制

系統聯動控制是生產監控系統不可缺少的部分，一旦遇到可燃氣體超標等緊急情況，必須準確、迅速地完成對環境中人員的報警和緊急疏散工作，而聯動設備的實現，必須遵循兩個原則：(1)準確迅速，不可錯報或漏報，否則會對生產生活甚至人身安全造成很大的傷害；(2)嚴格掌握時序的要求，不得因為時序等原因造成整個系統工作流程的紊亂。

對于時序的控制，嚴格按照要求所規定的，當現場可燃氣體濃度超過監控上限時，現場主控機能啟動聯動系統，首先開啟報警裝置，然后依次啟動排風機、噴淋閥、疏散指示燈，并分兩步關閉隔離門：第一步半關，5秒鐘后再全關，整個控制結束后關閉系統并進行聲音提示(整個控制過程不能超過20秒)。

圖3 數據發送過程

2.3 手持設備與主控設備交流

對于系統中兩個部分的交流，采用藍牙通信[4]的方式。對于這種兩部分以無線方式交流通信的設備，最重要的兩個方面：(1)保證數據發送與接收的準確性；(2)防止與周圍其他通信設備產生干擾，做到安全加密[5]發送。在保證發送接收數據準確性的方面，采用發送校驗位作為標致的形式。在每次接收數據之前，檢驗校驗位是否發送正確，只有收到指定的校驗位之后才讀取發送到的數據。另外，采取適合發送數據的通信協議，將想要發送的數據經過整合處理，得到加密后的數據，這樣既方便了數據的發送，同時也確保了整個數據的安全性(圖3)。

3 程序設計

3.1 主程序流程圖

圖4 主程序流程圖

3.2 鍵盤掃描及處理執行子程序流程圖

圖5 鍵盤掃描及處理執行子程序流程圖

4 測試方案與測試結果

4.1 軟件仿真

用Freescale CodeWarrior軟件仿真器，在線觀察設置的全局變量和各個標志位。仿真界面如圖6所示。

圖6 仿真界面

4.2 測試數據

(1)通電，等待程序運行，初始化結束后測得一系列液晶屏顯示數據,顯示結果正常;(2)比較主控機與手持設備通信實時性。

表1 主控機顯示狀態

表2 手持設備顯示狀態

可見，藍牙傳輸會有一定的延時，但最終影響較小。

4.3 測試分析與結論

根據上述測試數據，本系統可以完成主控機對現場要控制的溫濕度、照明燈亮度、可燃氣體濃度值進行設置并顯示，現場主控機可對噴淋閥、排風機、隔離門等裝置進行就地開關控制，當設備運行時能指示出工作狀態，對環境溫度進行較為精確的控制，完成聯動功能，可以用手持設備顯示與控制。由此可以得出以下結論：(1)實現基本的環境監測，通過主控機對環境參數進行控制；(2)在環境中某些參數超標時，自動地實現環境狀態的改變，同時可手動更改為需要的環境狀態；(3)通過自制的手持設備、手機APP設備以及電腦端的上位機[6]部分實時顯示參數并遠程控制。

[1]耿東久,索岳,陳渝,等.基于Android手機的遠程訪問和控制系統[J].計算機應用,2011,31(2):559-561,571.

[2]劉浩.電加熱溫度控制系統設計與實驗研究[D].杭州:中國計量學院,2013:2-5.

[3]李永軍.火災自動報警系統聯動控制的設計探討[J].企業科技與發展,2009(22),85-86.

[4]羅富財.基于Android平臺的藍牙通信系統的研究與實現[D].北京:華北電力大學,2013:22-29.

[5]黃志清.網絡安全中的數據加密技術研究[J].計算機系統應用,2000(7):24-26.

[6]李曉麗.單片機與上位機串行通信系統設計[J].儀表技術,2010(7):45-47.

Production Environment Monitoring System Based on XS128

REN Li-li

(Department of Security,Changchun Normal University,Changchun Jilin 130032,China)

The production environment monitoring system is composed of main control part and handheld controller. This system coordinates sensor modules with environment control module by the freescale XS128 chip to realize the real-time monitoring and controling for the production environment. Handheld monitor can display real-time environment of the system and realize remote-control. The new Android handheld devices is more intimate and intelligent. The system uses wireless blue-tooth technology and realizes intelligent control.

production environment monitoring; Android; artificial intelligence

2014-10-04

吉林省科技廳青年科研基金項目(20130522163JH)；吉林省教育廳項目(吉教科合字[2012]第411號)；長春師范大學項目(長師院自科合字[2011]第011號)。

任麗莉(1978- )，女，吉林長春人，長春師范大學技防中心講師，碩士，從事計算機網絡、自動控制系統和監控技術研究。

TP242.6

A

2095-7602(2014)06-0036-05