基于PLC控制的學校宿舍抽煙監控器的設計

摘 要：在學校宿舍抽煙非常容易引起火災。為制止宿舍抽煙行為，特此設計抽煙監控系統，此系統采用MQ-2氣體傳感器進行煙霧檢測、KEYENCNFX1N-24MR型PLC進行控制、步科MT4300C觸摸屏進行監控、ISD1820錄音語音模塊進行語音提示，實現對學校宿舍抽煙的監控。

關鍵詞：PLC； 抽煙； 監控器

中圖分類號：TP273.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2014）09-110-001

一、引言

教育部2014年1月29日發布關于在全國各級各類學校禁煙有關事項的通知，提出“禁止在中小學幼兒園內吸煙”、“嚴格限制在高等學校內吸煙”、“建立禁煙工作長效機制”等一系列禁令。學校有必要采取有效措施，鼓勵引導有吸煙習慣的師生戒煙。并建立督導檢查機制，加強禁煙日常動態監督。學校宿舍抽煙監控器有利于宿舍管理人員監控各個宿舍的抽煙行為，提示和制止學生在宿舍抽煙。

傳統的抽煙檢測器以檢測煙霧信號和發出蜂鳴報警信號為主，起不到監控作用，本設計采用步科MT4300C觸摸屏進行抽煙監控，采用PLC進行系統控制，能實現對宿舍抽煙的語音提示，大大加強了對學校宿舍抽煙的監控力度。

二、系統硬件設計

（一）工作原理

圖1 工作原理圖

如圖1所示，當宿舍內有人抽煙時，傳感器模塊能夠檢測到煙霧，并輸出有效信號為低電平，當輸出低電平時信號燈亮，可直接接繼電器模塊進行信號放大，信號輸入到PLC中，PLC程序運行驅動觸摸屏顯示宿舍號碼，記錄該宿舍抽煙次數，并驅動語音模塊，進行語音提示，提示宿舍內人員不許抽煙。

（二）硬件結構

系統由電源模塊、傳感器模塊、繼電器模塊、PLC、錄音語音模塊、觸摸屏模塊構成。

1.電源模塊。單相輸入，雙路輸出5V和24V開關電源，給觸摸屏和PLC提供24V電源，給繼電器、傳感器、錄音語音模塊提供5V電源。

2.傳感器模塊。此系統采用MQ-2氣體傳感器，所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫（SnO2）。當傳感器所處環境中存在可燃氣體時，傳感器的電導率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。

3.繼電器模塊。4路繼電器模塊擴展板（帶光耦隔離支持AVR/51/PIC單片機），繼電器輸出觸點最大250A10A。輸入IN1、IN2、IN3、IN4信號線低電平有效。VCC，GND電源輸入端。此模塊用于將傳感器輸入的信號進行放大后輸入PLC中。

4.PLC。可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。KEYENCNFX1N-24MR型PLC有14個輸入10個輸出端子，能夠監控14間宿舍。

5.錄音語音模塊。使用方便的10秒語音錄放，高質量、自然的語音還原，帶循環播放，點動播放，單遍播放功能，本模塊可直接驅動8歐0.5W小喇叭。

6.觸摸屏模塊。觸摸屏（touch screen）又稱為“觸控屏”、“觸控面板”，是一種可接收觸頭等輸入訊號的感應式液晶顯示裝置，當接觸了屏幕上的圖形按鈕時，屏幕上的觸覺反饋系統可根據預先編程的程式驅動各種連結裝置，可用以取代機械式的按鈕面板，并借由液晶顯示畫面制造出生動的影音效果。觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設備，它是目前最簡單、方便、自然的一種人機交互方式。它賦予了多媒體以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設備。主要應用于公共信息的查詢、領導辦公、工業控制、軍事指揮、電子游戲、點歌點菜、多媒體教學、房地產預售等。此模塊采用MT4300C型觸摸屏，穩定、可靠、易用，具有更加清晰的顯示效果。

三、觸摸屏設計

圖2 觸摸屏界面

觸摸屏需要設計2個界面，第1個界面為宿舍抽煙監控界面，需要制作相關文字信息和宿舍顯示燈，還需要制作進入第2界面的功能鍵。第2個界面為抽煙記錄界面，用于記錄宿舍內抽煙的次數（用數據顯示控件制作），制作數據記錄清除鍵，可以清除抽煙記錄，需要制作返回第1界面的功能鍵。制作PLC控制元件，當宿舍有人吸煙時，監控器會發出鳴叫聲，直到吸煙停止為主。

四、系統程序設計

五、系統調試

當1001宿舍有人抽煙時，觸摸屏鳴叫提示宿舍管理員有人抽煙，并且1001宿舍內語音模塊提示1001宿舍內人員不要抽煙，1001宿舍抽煙記錄加1，如果超過10S還有人抽煙，則1001宿舍內燈會熄滅。其他宿舍也是如此。按下第1界面中的抽煙歷史記錄按鈕就可以進入第2個界面，如果在按下記錄清除按鈕，則抽煙記錄均會置0，如果按下進入監控界面按鈕，就可以返回第1界面。

六、結束語

基于PLC控制的學校宿舍抽煙監控器可以實時觀測各個宿舍的抽煙情況，并且進行記錄和提示，能夠有效制止學校宿舍內抽煙行為，引導學生戒煙。