基于嵌入式的酒精罐群泄漏報(bào)警系統(tǒng)研究

王紅梅

摘 要：該系統(tǒng)具體對(duì)酒精生產(chǎn)及儲(chǔ)存罐區(qū)的單個(gè)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，利用當(dāng)前ARM9嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，組成罐區(qū)綜合多點(diǎn)檢測(cè)報(bào)警，可利用系統(tǒng)的拓?fù)浞植己侠砼卸ㄊ欠袷菍?shí)際泄漏，并可組網(wǎng)連接到上位機(jī)構(gòu)成整體罐區(qū)報(bào)警顯示。調(diào)試結(jié)果顯示可以無需定時(shí)拆下校準(zhǔn)就可自動(dòng)根據(jù)運(yùn)行時(shí)間判定傳感器鈍化程度；利用ARM9嵌入式系統(tǒng)多點(diǎn)拓?fù)錂z測(cè)判定是否真實(shí)泄漏，防止誤報(bào)；利用CAN總線組網(wǎng)構(gòu)成罐區(qū)整體大屏幕綜合報(bào)警顯示及調(diào)度。

關(guān)鍵詞：酒精泄露 報(bào)警 嵌入式

中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）01（a）-0107-02

當(dāng)前化工、酒精等生產(chǎn)、儲(chǔ)存行業(yè)，防爆要求基本都按國標(biāo)設(shè)置了泄漏濃度監(jiān)控，但大多是單個(gè)式泄漏報(bào)警單元方式，且氣體傳感器具有鈍化缺陷，必須定時(shí)更換和校準(zhǔn)，且在有外界干擾的情況下會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)等不合理之處，針對(duì)這一現(xiàn)狀，該系統(tǒng)著力解決罐區(qū)實(shí)際操作軟管接管采樣、輸入輸出泵采樣、防爆呼吸器短時(shí)過壓沖開微泄漏模型分析、酒精探測(cè)傳感器時(shí)間鈍化曲線分析等技術(shù)難點(diǎn)。

1 系統(tǒng)的組成

基于嵌入式的酒精罐群泄漏報(bào)警系統(tǒng)由主機(jī)和從機(jī)構(gòu)成，系統(tǒng)組成如圖1所示。主機(jī)主要包含PIC微處理芯片、液晶顯示、聲光報(bào)警、通信模塊，主要實(shí)現(xiàn)的功能有：處理來自從機(jī)的數(shù)據(jù)、聲光報(bào)警、濃度顯示，從而可以方便工作人員對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)和分析，并根據(jù)分析結(jié)果采取有效措施，以防止酒精的泄漏，消除事故隱患。從機(jī)的核心芯片采用的是TI公司的TMS320F2812，可完成對(duì)酒精罐群監(jiān)測(cè)報(bào)警點(diǎn)的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)采集、酒精濃度采集、對(duì)采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并將處理后的數(shù)據(jù)傳送給主機(jī)等功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)所在安裝點(diǎn)區(qū)域的監(jiān)測(cè)。

1.1 硬件組成

為了實(shí)現(xiàn)酒精濃度的監(jiān)測(cè)，該系統(tǒng)采用的硬件主要包括以下器件：（1）MQ-3酒精氣體傳感器，用來測(cè)量空氣中酒精濃度的含量。（2）溫度傳感器，用于檢測(cè)周圍環(huán)境的溫度，補(bǔ)償溫度對(duì)酒精氣體傳感器的影響。（3）存儲(chǔ)、顯示及聲光報(bào)警單元用于實(shí)現(xiàn)較好的人機(jī)交互。（4）供電電源保障系統(tǒng)（見圖2）。

其中，半導(dǎo)體酒精傳感器MQ-3的工作原理是當(dāng)傳感器周圍環(huán)境中有酒精蒸汽時(shí)，其電導(dǎo)率將隨空氣中酒精氣體濃度的增加而增大。因此利用此特性使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。MQ-3半導(dǎo)體酒精傳感器對(duì)酒精的靈敏度高，可以抵抗汽油、煙霧、水蒸氣的干擾。這種傳感器可檢測(cè)多種濃度酒精氣氛，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。

1.2 軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)采用的是C語言編程，主要包括：主程序模塊、轉(zhuǎn)換子程序模塊、數(shù)據(jù)處理子程序模塊、A/D顯示子程序模塊、鍵盤掃描子程序模塊、語音播放子程序模塊。主程序模塊主要完成系統(tǒng)初始化，調(diào)用子程序模塊實(shí)現(xiàn)具體功能、 循環(huán)過程等操作。軟件流程如圖3所示。

其中該設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵點(diǎn)是對(duì)氣體傳感器的溫度補(bǔ)償。因?yàn)闅怏w傳感器對(duì)周圍環(huán)境中溫度變化非常敏感，所以需要監(jiān)測(cè)的環(huán)境參量即溫度，連續(xù)溫度下氣體傳感器的測(cè)量值如表1所示。

文中應(yīng)用最小二乘法做曲線擬合，最小二乘法可以用來處理一組數(shù)據(jù)，可以從一組測(cè)定的數(shù)據(jù)中尋求變量之間的依賴關(guān)系，這種函數(shù)關(guān)系稱為經(jīng)驗(yàn)公式。在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得變量之間的n個(gè)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)在XOY平面上組成的散裝點(diǎn)會(huì)大致分布在某條直線附近，因此可以近似得到x和y的線性關(guān)系。應(yīng)用最小二乘法可以得到溫度和氣體傳感器之間的函數(shù)關(guān)系。

2 結(jié)語

該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可以實(shí)現(xiàn)酒精含量的檢測(cè)以及周圍環(huán)境溫度的檢測(cè)，通過主機(jī)和從機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信可以實(shí)現(xiàn)較好的人機(jī)交互。主要的創(chuàng)新點(diǎn)是：可以自動(dòng)根據(jù)運(yùn)行時(shí)間判定傳感器鈍化程度，無需定時(shí)拆下校準(zhǔn)；利用ARM9嵌入式系統(tǒng)多點(diǎn)拓?fù)錂z測(cè)判定是否真實(shí)泄漏，防止誤報(bào)；利用CAN總線組網(wǎng)構(gòu)成罐區(qū)整體大屏幕綜合報(bào)警顯示及調(diào)度。

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