基于單片機(jī)技術(shù)的燃?xì)庑孤﹫?bào)警及應(yīng)急處理系統(tǒng)分析

【摘要】城市燃?xì)獾牡耐茝V和使用使得燃?xì)獍踩珕?wèn)題成為人們?nèi)贞P(guān)注的焦點(diǎn)話題，本文在對(duì)于單片機(jī)技術(shù)的燃?xì)庑孤﹫?bào)警及應(yīng)急處理系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，探討如何更好的防范燃?xì)馐褂眠^(guò)程的泄漏問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】燃?xì)獍踩粏纹瑱C(jī)技術(shù)；應(yīng)急處理

我國(guó)當(dāng)前階段的燃?xì)夤?yīng)方式為集中供應(yīng)，不僅方便燃?xì)夤具M(jìn)行統(tǒng)一的管理，還能有效的降低燃?xì)夤?yīng)成本。但是隨著人們對(duì)燃?xì)獍踩珕?wèn)題的關(guān)注，市場(chǎng)上充斥著各種在電子器件技術(shù)發(fā)展下催生的燃?xì)鈭?bào)警系統(tǒng)，其在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和報(bào)警系統(tǒng)上普遍存在著單一性，已經(jīng)不能滿足當(dāng)前市場(chǎng)的需求，隨著芯片技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，逐漸實(shí)現(xiàn)了對(duì)報(bào)警系統(tǒng)的智能化控制。

一、燃?xì)庑孤﹫?bào)警及應(yīng)急處理系統(tǒng)的主要功能

基于單片機(jī)技術(shù)的燃?xì)庑孤﹫?bào)警及應(yīng)急處理系統(tǒng)的主要按功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)煤氣泄漏的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警處理，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的煤氣泄漏濃度進(jìn)行跟蹤顯示，同時(shí)兼具超限聲光報(bào)警功能。另一方面，該系統(tǒng)可以根據(jù)報(bào)警狀況自動(dòng)關(guān)閉燃?xì)夤芾黼姶砰y同時(shí)開(kāi)啟相應(yīng)的排氣裝置，在燃?xì)庑孤┕收吓懦罂蓪?shí)現(xiàn)煤氣管道電磁閥的自動(dòng)開(kāi)啟。

二、燃?xì)獗O(jiān)控系統(tǒng)的工作原理及結(jié)構(gòu)分析

1.工作原理

燃?xì)庑孤顩r監(jiān)控系統(tǒng)的主要工作原理是利用氣敏傳感器將存在的煤氣濃度裝換為模擬電壓信號(hào)，并通過(guò)低通濾波實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾信號(hào)的過(guò)濾，將模擬信號(hào)進(jìn)行放大處理后傳送至轉(zhuǎn)換器，同時(shí)變換成數(shù)字信號(hào)送達(dá)CPU。在CPU接受到信號(hào)數(shù)據(jù)后，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的整理分析，如果空氣中的煤氣濃度達(dá)到限定的濃度值，CPU將進(jìn)行數(shù)字量的輸出，在經(jīng)由變送器后實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)夤艿赖年P(guān)閉，并利用數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)光電報(bào)警，從而提醒監(jiān)控人員對(duì)其進(jìn)行處理。在燃?xì)庑孤┕收吓懦螅梢酝ㄟ^(guò)對(duì)控制面板按鍵的控制，恢復(fù)燃?xì)夤?yīng)。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)采用了主從工作模式，以多機(jī)方式與前端機(jī)保持通信，其中單片機(jī)系統(tǒng)作為從機(jī)與主機(jī)進(jìn)行通信聯(lián)系，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如下圖所示：

其中第一級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)為中央控制操作站，采用Windows98系統(tǒng)作為操作平臺(tái)，并采用了Rockwell公司的Resview32組態(tài)軟件包建立起了燃?xì)獗O(jiān)測(cè)和管理系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)煤氣濃度的數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)分析、位置確定以及數(shù)據(jù)打印等操作。第二級(jí)系統(tǒng)為單片機(jī)控制系統(tǒng)，由于對(duì)精確性和實(shí)時(shí)性有著較高的要求，所以采用的單片機(jī)作為現(xiàn)場(chǎng)控制器，從而對(duì)煤氣濃度信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算和采集控制，并向中央控制操作站傳輸相應(yīng)的濃度數(shù)據(jù)。

三、單片機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行原理以及功能部件

1.前向通道

單片機(jī)系統(tǒng)的前向通道由傳感器、低通濾波器和電壓隔離器組成，電壓隔離器的主要功能是把數(shù)字地與模擬地相互隔開(kāi)，從而避免共模干擾問(wèn)題。在該單片機(jī)系統(tǒng)中，采用了精度和分辨率較高的CS-2000型氣體傳感器，其具有零功耗、使用周期長(zhǎng)且不受濕度影響的優(yōu)點(diǎn)，具有較好的穩(wěn)定性能和使用性能。

2.執(zhí)行回路

執(zhí)行回路分為燃?xì)怆姶砰y開(kāi)啟和閉合以及排氣兩部分，其中燃?xì)怆姶砰y由變送器和電磁閥組成，在對(duì)燃?xì)怆姶砰y工作環(huán)境考慮的基礎(chǔ)上，采用了二位二通節(jié)能型直動(dòng)式燃?xì)怆姶砰y，在兼具了低電壓和小能耗優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，依靠在線圈處配置永久性磁鋼的原理，實(shí)現(xiàn)電磁閥在脈沖信號(hào)下的自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉，具有相當(dāng)大的可調(diào)性。排氣部分選用的是普通排風(fēng)機(jī)以及SN75452驅(qū)動(dòng)器和電磁繼電器，并運(yùn)用光電隔離器將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)和單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完全隔離，在一定程度上提升了系統(tǒng)的抗干擾性能。

3.聲光報(bào)警

聲光報(bào)警部分主要是由音樂(lè)芯片、振蕩器、驅(qū)動(dòng)器以及指示燈組成，其工作電壓、靜態(tài)電流以及路放電流分別為5V、0.5mA、15mA，該聲光報(bào)警部分集語(yǔ)音處理和存儲(chǔ)功能為一體，能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)或者單片機(jī)控制的雙重優(yōu)點(diǎn)，并且能實(shí)現(xiàn)對(duì)掉電信息的保護(hù)。在報(bào)警指示燈的選擇上，選用了發(fā)光二極管LED，實(shí)現(xiàn)了音響報(bào)警和指示燈報(bào)警的雙重警報(bào)提醒，在報(bào)警狀態(tài)時(shí)，指示燈顯示為紅色，正常工作狀態(tài)下則顯示為綠色。

4.系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控

該單片機(jī)系統(tǒng)采用了MAX813作為系統(tǒng)程序運(yùn)行的監(jiān)控器，在有效保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的同時(shí)，在固定的間隔時(shí)間段內(nèi)，運(yùn)行控制器會(huì)發(fā)出相應(yīng)的復(fù)位信號(hào)，一旦出現(xiàn)程序跑飛或者死循環(huán)狀態(tài)，通過(guò)復(fù)位信號(hào)能夠快速的使該系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

5.電源設(shè)計(jì)

該單片機(jī)系統(tǒng)采用了4NIC-X2.5電源確保系統(tǒng)的不間斷供電，同時(shí)采取了使用UPS電源的方式，增加了相應(yīng)的電源異常保護(hù)措施。即在正常工作狀態(tài)下，該單片機(jī)系統(tǒng)由交流電網(wǎng)進(jìn)行供電，與此同時(shí)電池組始終處于浮充狀態(tài)，一旦發(fā)生交流電源中斷的情況，則由電池組進(jìn)行供電。

6.操作鍵盤及顯示部分

該系統(tǒng)的鍵盤顯示接口采用的是8297芯片，鍵盤由報(bào)警值設(shè)定鍵位、確認(rèn)鍵位、閥門開(kāi)啟鍵位、左移鍵位、時(shí)鐘設(shè)定鍵位以及數(shù)字鍵盤0-9組成，用戶能夠通過(guò)該鍵盤完成基本的人機(jī)接口操作。

7.程序設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)程序主要是由主程序和兩個(gè)外部中斷服務(wù)程序組成，主程序的主要功能是實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)初始化狀態(tài)下的兩個(gè)外部中斷服務(wù)程序的下降觸發(fā)，主程序在設(shè)計(jì)上采用了死循環(huán)結(jié)構(gòu)，并能夠?qū)χ袛酄顟B(tài)做出隨時(shí)的響應(yīng)。比如在傳感器損壞時(shí)，其中一個(gè)外部中斷服務(wù)程序會(huì)發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)，并由其服務(wù)程序進(jìn)行相應(yīng)的燈光警報(bào)和電磁閥門關(guān)閉功能。當(dāng)出現(xiàn)燃?xì)庑孤┦鹿蕰r(shí)，另一外部中斷服務(wù)程序會(huì)發(fā)出相應(yīng)的聲音報(bào)警控制信號(hào)，并發(fā)出紅光警報(bào)，同時(shí)關(guān)閉氣源、打開(kāi)相應(yīng)的排氣扇。

四、系統(tǒng)電路調(diào)試

該系統(tǒng)的電路調(diào)試工作主要分為模塊連通性調(diào)試、通信信息能調(diào)試、硬件檢測(cè)調(diào)試、軟硬件綜合性能測(cè)試以及系統(tǒng)誤差分析五個(gè)部分：

首先，對(duì)于系統(tǒng)模塊的連通性調(diào)試來(lái)說(shuō)，應(yīng)嚴(yán)格按照逐級(jí)檢查的方式進(jìn)行，對(duì)每個(gè)連接部分進(jìn)行測(cè)試和檢查，確保系統(tǒng)模塊連接的有效性和正確性。同時(shí)在進(jìn)行模塊連通性調(diào)試的過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制各個(gè)端口的連接。

其次，對(duì)于系統(tǒng)硬件的監(jiān)測(cè)和調(diào)試工作應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注串口通信模塊的測(cè)試、CO監(jiān)測(cè)測(cè)試以及放大電路和轉(zhuǎn)換電路的調(diào)試。

第三，在進(jìn)行主控硬件的通信性能調(diào)試時(shí)，應(yīng)主要對(duì)RS-232電路進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試工作，確保系統(tǒng)的正常通信功能得以實(shí)現(xiàn)。

第四，在進(jìn)行系統(tǒng)軟硬件綜合性能測(cè)試時(shí)，應(yīng)對(duì)溫度傳感器、濕度傳感器、CO傳感器以及鍵盤輸入和液晶顯示等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行檢測(cè)，最終在硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)各部分功能的綜合性測(cè)試。

最后，應(yīng)根據(jù)放大電路的誤差特征分析，對(duì)調(diào)試時(shí)失調(diào)電壓在輸入過(guò)程中所產(chǎn)生的誤差進(jìn)行調(diào)節(jié)補(bǔ)償，其放大倍數(shù)的電壓也應(yīng)在對(duì)放大電路的調(diào)試過(guò)程中進(jìn)行補(bǔ)償。

五、結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，成功實(shí)現(xiàn)多樣化和智能化的燃?xì)庑孤﹫?bào)警和應(yīng)急處理分析，在最大程度上做到了電路的簡(jiǎn)化和成本的降低，大大提升了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，并通過(guò)電磁閥門開(kāi)閉裝置的人性化設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)更具方便性、靈敏性和可操作性，具有著較為廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

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