一種有害氣體智能監測系統設計

于瑩

摘要：針對各類有害氣體，基于物聯網概念，本文設計了一款有害氣體智能監測系統。本文重點介紹了系統的組成結構，該系統主要包括各類氣體傳感器、Atmega128L單片機、PC上位機、用戶手機、聲光報警等模塊；硬件電路的設計以及上下兩層的軟件結構。該系統利用單片機和各類傳感器模塊對有害氣體進行采集處理，并通過無線網絡傳輸模塊傳遞至用戶軟件進行實時監測。

關鍵詞：有害氣體 單片機 智能監測

中圖分類號：TP216 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）05-0000-00

在科技快速發展的大背景下，污染成為了人類健康的最大公敵，在一些重工業城市，霧霾天氣幾乎占據了全年的80%以上，人們很容易吸入有害氣體，造成身體傷害。

另外，在某些化工類生產企業，車間經常發生有害氣體泄漏而對工人造成嚴重傷害的情況。針對日常生活和生產中經常出現的各類有害氣體，本文基于物聯網理念，設計了一種有害氣體智能監測系統，可根據用戶需求定制各類有害氣體傳感器模塊，最終通過PC機軟件實現智能監測。

1 系統組成

有害氣體智能監測系統組成結構如圖1所示，主要包括各類氣體傳感器、Atmega128L單片機、PC上位機、用戶手機、聲光報警等模塊。其中各類氣體傳感器用于檢測不同類型氣體，檢測結果通過模擬量形式傳輸至Atmega128L單片機，單片機的AD模塊對采集到的信息進行模數轉換及濾波處理，并將氣體濃度數值通過WIFI模塊傳輸至PC上位機，或通過CDMA模塊傳輸至用戶手機，同時根據氣體濃度閾值進行聲光報警處理。

2 硬件電路設計

有害氣體智能監測系統的Atmega128L單片機前4路AD針腳（ADC0～ADC3）分別連接了4種不同的模擬量輸入氣體傳感器，傳感器模塊可供用戶選擇，包括一氧化碳、氫氣、甲烷、甲苯、甲醛、氨氣、硫化物等，單片機將輸入的模擬量經處理后轉化為數字量，并利用單片機自帶的SPI接口與I2C接口接入大氣壓傳感器和PM2.5傳感器。

WIFI模塊采用深圳市海凌科電子有限公司生產的RM04模塊，該模塊內置TCP/IP協議棧，能夠實現用戶串口、以太網、無線網（WIFI）3個接口之間的轉換，WIFI模塊與單片機采用串口連接。TDI、TDO、TMS、TCK接口用于連接仿真器。

3 軟件設計

有害氣體智能監測系統軟件結構如圖2所示，分為上下兩層軟件：單片機軟件及PC機用戶監控軟件，兩層軟件間通過TCP協議進行通信。

在單片機軟件中，AD采集模塊用于采集模擬量輸入形式的氣體傳感器數據；SPI通信模塊用來采集大氣壓傳感器數據；串口通信模塊用來連接WIFI模塊，從而與PC軟件進行數據通信；數據濾波模塊將采集到的傳感器原始數據進行低通濾波處理；狀態監控模塊用來實時監控有害氣體狀態，同時利用聲光報警來提示用戶；數據交互模塊用來解析處理與PC軟件間的數據通信協議。

PC用戶監控軟件采用Visual C++ 6.0基于MFC架構進行編程設計，分為五個模塊：用戶管理模塊、TCP通信模塊、狀態更新模塊、報警處理模塊及數據庫模塊。其中用戶管理模塊用來定制不同用戶的傳感器配置；TCP通信模塊用來與單片機進行數據通信；狀態更新模塊用來實時更新傳感器數據，同時顯示在軟件界面上；報警處理模塊用來記錄和解除報警狀態；數據庫模塊用來存儲用戶設置及歷史報警數據信息。

4 結語

Atmega128L單片機豐富的接口能夠滿足大多數有害氣體傳感器的通信要求，基于物聯網概念設計的有害氣體智能監測系統能夠準確且實時的對環境中的有害氣體濃度進行監測，基于無線網絡設計解決了現場布線的復雜度，本文所設計的有害氣體智能監測系統具有較好的模塊化結構，便于用戶使用，且系統具有較高的準確性和實時性。

參考文獻

[1] 劉蘭香，張秋生. ATmega128單片機應用于開發實例[M].北京：機械工業出版社，2006.

[2] 王福瑞.單片微機測控系統設計大全[M].北京：北京航空航天大學出版社，2000.

[3] 孫余凱，吳鳴山，項綺明.傳感器應用電路300例[M].北京：電子工業出版社，2008.