田金博 巨永鋒 趙 妍 杜 凱
(長安大學(xué)a.電子與控制工程學(xué)院;b.經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院)
地下停車場中的空氣污染主要是由汽車尾氣引起的,且沒有光線照入,新鮮的空氣很難從外界進(jìn)入,對駕駛員和停車場內(nèi)工作人員的健康造成了很大的威脅。 因此,地下停車場內(nèi)要保持空氣清新,必須采取一系列通風(fēng)措施,目前行業(yè)內(nèi)評估室內(nèi)空氣質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)有兩種,分別為舒適度標(biāo)準(zhǔn)和清潔度標(biāo)準(zhǔn)[1]。 本設(shè)計(jì)采用誘導(dǎo)型通風(fēng)系統(tǒng)[2],首先設(shè)計(jì)單片機(jī)硬件電路,實(shí)現(xiàn)對CO 濃度和溫度的檢測,通過檢測量來實(shí)現(xiàn)對地下停車場通風(fēng)的控制,通過Keil 軟件設(shè)計(jì)出相應(yīng)的控制程序并在Proteus 軟件中對幾種風(fēng)機(jī)啟動(dòng)的情況進(jìn)行仿真,仿真成功后進(jìn)行模擬實(shí)物的搭建與調(diào)試,實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的正常啟動(dòng)和火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的正常工作。
本設(shè)計(jì)的總體思路是將CO 傳感器和溫度傳感器檢測出來的信號作為單片機(jī)的輸入, 系統(tǒng)的整體框圖如圖1 所示,鍵盤可以輸入設(shè)定值并可作為手/自動(dòng)切換開關(guān), 在系統(tǒng)的輸出端有LCD顯示模塊、報(bào)警電路和風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)模塊。
設(shè)計(jì)主要通過檢測CO 氣體濃度, 根據(jù)超標(biāo)濃度的不同啟動(dòng)不同組別的風(fēng)機(jī)[3],同時(shí)設(shè)計(jì)了報(bào)警模塊,當(dāng)溫度超出設(shè)定值范圍時(shí),停車場內(nèi)會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信號,還設(shè)計(jì)了按鍵模塊,可以進(jìn)行風(fēng)機(jī)的手/自動(dòng)切換并人為調(diào)整啟動(dòng)風(fēng)機(jī)的CO 濃度設(shè)定值和溫度報(bào)警設(shè)定值, 即可達(dá)到對地下停車場通風(fēng)系統(tǒng)的控制,也可以實(shí)現(xiàn)火災(zāi)報(bào)警。
圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖
本設(shè)計(jì)采用的溫度傳感器為DS18B20,DS18B20 是常用的數(shù)字溫度傳感器,它測出的溫度值可直接顯示在LCD 顯示屏中。
本設(shè)計(jì)選用的CO 傳感器為MQ-7 型, 該型號的傳感器對CO 的檢測靈敏度非常高, 可使用簡單的電路將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為CO 氣體濃度對應(yīng)的電壓信號, 用0~5V 的電壓值來對應(yīng)不同的濃度,并將測出的濃度顯示在LCD 顯示屏中。
本設(shè)計(jì)選用FYA 誘導(dǎo)型風(fēng)機(jī)[4],根據(jù)不同的車位地形選取不同型號的風(fēng)機(jī)[5],根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》風(fēng)機(jī)的選型規(guī)則見表1[6]。
表1 風(fēng)機(jī)的選型規(guī)則
本設(shè)計(jì)在溫度達(dá)到報(bào)警值時(shí)采取蜂鳴器報(bào)警并有指示燈閃爍的形式來提示工作人員火災(zāi)報(bào)警,起到預(yù)防火災(zāi)延續(xù)的作用,與此同時(shí)停止風(fēng)機(jī)的啟動(dòng),防止火勢繼續(xù)蔓延。 蜂鳴器接口電路如圖2 所示。
圖2 蜂鳴器接口電路
本設(shè)計(jì)共有5 個(gè)獨(dú)立按鍵,如圖3 所示,P1.0口為調(diào)整按鈕,用來調(diào)整需要設(shè)定值的初值,P1.1為調(diào)大按鈕,用來調(diào)大設(shè)定值,P1.2 為調(diào)小按鍵,用來調(diào)小設(shè)定值,P1.6 為手/自動(dòng)開關(guān)按鈕, 按下時(shí)為手動(dòng)狀態(tài),當(dāng)為手動(dòng)狀態(tài)時(shí)按下P1.3 則風(fēng)機(jī)啟動(dòng);當(dāng)P1.6 未被按下時(shí)為自動(dòng)狀態(tài),此時(shí)按下P1.3 不啟動(dòng)風(fēng)機(jī)。
本設(shè)計(jì)要求風(fēng)機(jī)可分別在手動(dòng)、自動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行。
圖3 按鍵接口電路
當(dāng)在手動(dòng)狀態(tài)下時(shí),開啟風(fēng)機(jī)啟動(dòng)按鈕首先溫度傳感器會(huì)進(jìn)行溫度檢測,如果溫度未達(dá)到預(yù)警值,風(fēng)機(jī)正常啟動(dòng),如果溫度超過預(yù)警值,風(fēng)機(jī)不會(huì)啟動(dòng),蜂鳴器產(chǎn)生報(bào)警信號。
當(dāng)在自動(dòng)狀態(tài)下時(shí), 風(fēng)機(jī)可根據(jù)CO 濃度和溫度的測量情況來啟動(dòng),如發(fā)生火災(zāi)情況導(dǎo)致溫度過高,蜂鳴器會(huì)立刻發(fā)出報(bào)警信號,在單片機(jī)的輸入端立即產(chǎn)生風(fēng)機(jī)停止指令,風(fēng)機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)行。 第1 次檢測到CO 濃度大于一次CO 濃度設(shè)定值時(shí),只需開啟檢測點(diǎn)的誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)即可; 若第2 次檢測CO 濃度大于二次CO 濃度設(shè)定值,此時(shí)開啟兩組誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)同時(shí)進(jìn)行通風(fēng)。
本系統(tǒng)的主流程如圖4 所示。
圖4 系統(tǒng)主流程
系統(tǒng)LCD 顯示子流程如圖5 所示,系統(tǒng)首先進(jìn)行初始化, 然后進(jìn)行清屏, 最后根據(jù)設(shè)定第1行和第2 行的顯示位置,顯示兩行對應(yīng)的內(nèi)容。
圖5 LCD 顯示子流程
圖6 為系統(tǒng)的報(bào)警子流程。 當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)設(shè)報(bào)警值時(shí),報(bào)警指示燈閃爍且蜂鳴器會(huì)產(chǎn)生報(bào)警警報(bào)。
圖6 報(bào)警子流程
本設(shè)計(jì)針對不同的CO 濃度值啟動(dòng)不同組的風(fēng)機(jī), 當(dāng)CO 傳感器輸出的電壓值達(dá)到預(yù)設(shè)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)電壓值時(shí)第1 組風(fēng)機(jī)啟動(dòng), 當(dāng)CO 傳感器輸出的電壓值達(dá)到預(yù)設(shè)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)的電壓值加1V時(shí),兩組風(fēng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng),圖7 為風(fēng)機(jī)啟動(dòng)流程。
圖7 風(fēng)機(jī)啟動(dòng)流程
本系統(tǒng)采用Proteus 軟件對硬件電路進(jìn)行仿真。 在Proteus 中可仿真出自動(dòng)和手動(dòng)兩個(gè)狀態(tài)下風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),并在LCD 顯示屏中顯示出已測出的溫度和CO 濃度值, 同時(shí)可仿真出兩組風(fēng)機(jī)的啟停狀態(tài)。
在手動(dòng)控制狀態(tài)時(shí),當(dāng)溫度沒有達(dá)到預(yù)設(shè)報(bào)警值時(shí)風(fēng)機(jī)會(huì)有兩種工作狀態(tài),第1 種為兩組風(fēng)機(jī)都不啟動(dòng),第2 種為兩組風(fēng)機(jī)都啟動(dòng)。 本仿真設(shè)計(jì)的不報(bào)警溫度范圍為0~35℃,當(dāng)溫度未達(dá)到報(bào)警指示時(shí),在手動(dòng)狀態(tài)下,按下風(fēng)機(jī)啟動(dòng)按鈕兩臺(tái)風(fēng)機(jī)會(huì)同時(shí)啟動(dòng);當(dāng)溫度超過35℃時(shí),按下風(fēng)機(jī)啟動(dòng)按鈕時(shí)風(fēng)機(jī)不會(huì)啟動(dòng)。 圖8 所示為手動(dòng)狀態(tài)下,溫度未達(dá)到報(bào)警值時(shí)按下風(fēng)機(jī)啟動(dòng)按鈕的仿真結(jié)果, 圖中Alarm 表示CO 濃度預(yù)設(shè)值對應(yīng)的電壓值,Amoke 表示此時(shí)測定的CO 濃度對應(yīng)的電壓值,Tem 表示測試出的溫度值。 此時(shí)D5亮表示手動(dòng)狀態(tài),D4 與D2 同時(shí)亮表示兩組風(fēng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng),D3 此時(shí)不亮,表示有風(fēng)機(jī)啟動(dòng)。
圖8 手動(dòng)狀態(tài)按下啟動(dòng)按鈕仿真圖
4.2.1 溫度不達(dá)到報(bào)警值時(shí)
CO 濃度達(dá)到風(fēng)機(jī)啟動(dòng)值時(shí)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)。在自動(dòng)狀態(tài)下,當(dāng)溫度沒有達(dá)到報(bào)警值時(shí),CO 傳感器輸出電壓值達(dá)到預(yù)設(shè)電壓1V 時(shí), 第1 組風(fēng)機(jī)啟動(dòng),且風(fēng)機(jī)指示燈D2 閃亮,仿真結(jié)果如圖9所示。
圖9 CO 濃度達(dá)到風(fēng)機(jī)啟動(dòng)值風(fēng)機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)
CO 濃度大于報(bào)警值時(shí)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)。 自動(dòng)狀態(tài)下,當(dāng)溫度未達(dá)到報(bào)警值時(shí),且CO 傳感器輸出的模擬電壓達(dá)到2V 時(shí),兩組風(fēng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng),此時(shí)D5 不亮,D3 不亮,D4 與D2 亮,仿真結(jié)果如圖10 所示。
圖10 CO 濃度大于報(bào)警值時(shí)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)
4.2.2 溫度達(dá)到報(bào)警值時(shí)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)
自動(dòng)控制狀態(tài)下, 當(dāng)溫度達(dá)到報(bào)警預(yù)設(shè)值時(shí),風(fēng)機(jī)不啟動(dòng),且產(chǎn)生報(bào)警信號,即使CO 傳感器輸出電壓大于預(yù)設(shè)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)電壓時(shí)風(fēng)機(jī)也不會(huì)啟動(dòng),就可以很好地起到預(yù)防火災(zāi)發(fā)生時(shí)火勢變大的作用, 此時(shí)D5 手動(dòng)狀態(tài)指示燈不亮,D1報(bào)警指示燈亮,D3 風(fēng)機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)指示燈亮,D4 與D2 兩組風(fēng)機(jī)指示燈不亮。
經(jīng)過仿真驗(yàn)證, 實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的手/自動(dòng)切換,手動(dòng)狀態(tài)下按下風(fēng)機(jī)啟動(dòng)按鈕風(fēng)機(jī)會(huì)啟動(dòng),自動(dòng)狀態(tài)下根據(jù)CO 濃度的大小啟動(dòng)不同組的風(fēng)機(jī)。
根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)物搭建。 首先選取適當(dāng)?shù)脑骷?,然后進(jìn)行焊接。 在搭建實(shí)物的過程中最重要的部分就是焊接。 分模塊進(jìn)行搭建,首先先用電烙鐵焊接顯示模塊,顯示模塊最重要的一個(gè)元器件為滑動(dòng)變阻器,將顯示器與單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊相連接, 將顯示程序燒進(jìn)單片機(jī)中;接下來焊接按鍵模塊,一共有5 個(gè)按鍵。 按鍵模塊焊接好后搭建傳感器 (CO 傳感器與溫度傳感器);完成后再搭建報(bào)警模塊,最后進(jìn)行風(fēng)機(jī)模塊的搭建。
本設(shè)計(jì)從節(jié)能減排的角度出發(fā),設(shè)計(jì)出了與傳統(tǒng)的通風(fēng)系統(tǒng)相區(qū)別的智能通風(fēng)控制系統(tǒng)。 在本設(shè)計(jì)中, 智能通風(fēng)控制主要是以CO 的濃度來控制風(fēng)機(jī),采用無風(fēng)管誘導(dǎo)系統(tǒng),通過對CO 濃度的檢測, 得到地下停車場需要啟動(dòng)的風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù),實(shí)現(xiàn)了智能控制策略,并設(shè)計(jì)了火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。