污水處理廠沼氣報警系統(tǒng)設計

楊林

摘要：隨著經濟的飛速發(fā)展，被污染的水資源也變得越來越多，特別是一些小型企業(yè)環(huán)保意識薄弱。為保證污水處理廠的安全生產，筆者研發(fā)設計了一種新型的沼氣報警系統(tǒng)。該設計采用MQ-2氣體傳感器和ATmega128單片機系統(tǒng)，利用RS-485總線進行通訊，通過MCGS軟件對沼氣進行實時的數(shù)據(jù)監(jiān)控。

關鍵詞：RS-485總線；單片機；傳感器；MCGS

隨著經濟的飛速發(fā)展，被污染的水資源也變得越來越多，特別是一些小型企業(yè)環(huán)保意識薄弱。筆者研發(fā)設計了一種新型的沼氣報警系統(tǒng)，該報警系統(tǒng)的優(yōu)點是：正常的工作狀態(tài)下，液晶顯示屏可顯示巡檢路數(shù)、濃度值、單位、時間、報警總數(shù)、報警路數(shù)、故障總數(shù)、故障的具體路數(shù)（巡檢方式顯示）以及故障類型。

一、硬件選擇方案（控制器）

控制器選用AVR單片機。AVR是單片機系列中最高性能的單片機，它具有更強的生命力。AVR單片機采用高級語言來編寫系統(tǒng)程序，與傳統(tǒng)的采用復雜指令系統(tǒng)的8051單片機體系不同的是，AVR單片機采用更適合中高檔電子產品和嵌入式系統(tǒng)應用需要的精簡指令系統(tǒng)。在使用高級語言時，會比AT89C52 碼大小、性能及功耗進行優(yōu)化，在前一條指令執(zhí)行的時候就取出現(xiàn)行的指令，在一個時鐘周期內可執(zhí)行復雜的指令，因此可以說它是在8位單片機中第一個真正的RISC結構的單片機。AVR單片機就是通過使用RISC指令系統(tǒng)來簡化單片機CPU的指令工能，使指令的平均執(zhí)行時間縮短，從而提高CPU的性能和速度。避免了傳統(tǒng)的8051單片機CISC指令系統(tǒng)存在的指令長度不等長、指令數(shù)多、CPU利用率低和執(zhí)行速度慢等缺點。

AVR單片機具有較寬的工作電壓范圍，工作電壓在1.8～6V之間，電源的抗干擾能力強；不再需要把芯片從系統(tǒng)上拆下來再使用專門的編程器來燒寫程序，而是通過在線編程將編譯好的目標程序直接燒寫入Flash程序存儲器。極大方便了程序的調試；I/O口驅動能力強，可以直接驅動LED；內置看門狗定時器，可以防止程序跑飛，提高產品可靠性。

所以經過論證，最終選擇了ATMEL公司的ATmega128單片機， ATMmega128內部設有I/O通道，可以實現(xiàn)數(shù)字量的輸入與輸出，它還具有A/D轉換功能，可以解決模擬量的輸入問題。同時，ATMmega128還帶有串口，可以跟計算機連接通信。ATmega128的I/O通道有32輸入/輸出及8個模擬通道，若通道不夠還可以進行多塊板子的擴展，所以選用ATmega128接口卡。

方案：選用其他型號的單片機

無論從單片機的資源，還是執(zhí)行速度進行比較，ATmega128單片機都要比其它單片機性價比高，而且ATmega128單片機的價格還比其它單片機便宜。

根據(jù)以上方案的比較，最終我在本電路設計時采用了ATmega128芯片。

二、系統(tǒng)設計的主要原理

設計采用主從結構，主機由傳感器、ATmega128單片機、顯示器和聲光報警裝置組成，從機放在車間內，當氣體濃度達到設定值時傳感器會發(fā)送信號至主機。主機放在值班室內，當主機接收到信號時進行聲光報警，并在數(shù)碼管顯示器上顯示該車間的位置。主機和從機之間通過RS485總線連接在一起。PC機主機ATmega128 RS485總線及驅動傳感器1傳感器2傳感器n。

三、硬件電路設計

污水處理廠沼氣報警系統(tǒng)以單片機作為系統(tǒng)的中央處理器，完成傳感器探測信號、對異常情況的判斷和區(qū)域報警控制器（如圖1）。

四、污水處理廠沼氣報警系統(tǒng)軟件設計

在整個軟件設計過程中A/D轉換是整個系統(tǒng)的橋梁，決定著系統(tǒng)輸出能否實現(xiàn)。在本系統(tǒng)中用MCGS軟件對沼氣進行實時監(jiān)控，當沼氣濃度達到設定值時紅燈亮。

參考文獻：

[1]余永權.89系列FLASH單片機原理與應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2000.

[2]石東海.單片機數(shù)據(jù)通信技術從入門到精通[M].西安：西安電子科技大學出版社，2002.

[3]朱大奇，等.單片機原理串口及應用[M].南京：南京大學出版社，2003.

[4]趙佩華.微型計算機原理與組成[M].西安：西安電子科技大學出版社，2003.

（作者單位：河南漯河技師學院）