基于XS128的生产环境监控系统

任丽莉

(长春师范大学技防中心，吉林长春 130032)

基于XS128的生产环境监控系统

任丽莉

(长春师范大学技防中心，吉林长春 130032)

本生产环境监控系统由主控部分与手持监控部分组成。通过飞思卡尔XS128芯片协调各个传感器模块与环境控制模块来实现对生产环境的实时监测与控制。手持监控部分能够实时显示系统内的环境，并且可以实现远程控制。新颖的Android[1]手持设备更加人性化和智能化。整个系统采用蓝牙无线通信技术，实现了智能化控制。

生产环境监控；Android；人工智能

为了控制职业危害因素，改善劳动条件，首先必须识别和评价职业危害的程度，生产环境监测是这项工作的一个重要环节。通过生产环境监测可以把握生产环境中危害因素的性质、强度或浓度，及其时间和空间的分布情况；估计人体的接触水平，为研究接触水平与健康状况的关系提供基础数据；检查生产环境的卫生质量，评价劳动条件是否符合卫生标准的要求；监视有关劳动卫生和劳动保护法规的贯彻执行情况，评价劳动条件防治措施效果；为控制危害因素及制订、修订卫生标准和工作计划提供依据。为了减少监测人员的伤害和提高人员利用率，本文建立了一个能够远程监测的监控系统，可以实时检测环境。

1 系统总体设计

本系统主要由电源模块、电路驱动模块、传感器模块、显示模块、手动输入模块、无线传输模块、输出模块、主控部分控制系统、手持设备控制系统组成。系统总体框图如图1所示。

图1 系统总体框图

2 系统环境稳定控制分析

一个智能化的生产监控系统，需要对整个系统内部环境进行实时的监测，并且能稳定地对系统内部环境进行有效的控制，这样才能保障整个系统的可靠性和智能性。对于系统环境的稳定性，从系统温度控制[2]、系统联动控制[3]、手持设备控制主控设备等方面进行分析。

图2 温度控制过程

2.1 系统温度控制的分析

生产环境监控系统需要稳定高效地对环境温度进行控制，要求温度控制绝对误差小于2℃(温度设定与控制范围在+25℃～+60℃范围内，测试时按指定的控制温度，在2分钟内完成)。因此，在控制过程中，放弃了能够同时采样环境中温度和湿度的DHT11温湿度传感器，在温度端采用18B20温度传感器对温度进行有效、准确、快速的控制，这样既提高了温度检测的范围，又加强了对环境内温度准确快速的监控。在系统温度控制过程中，采用不断反馈的算法，加热部分摒弃了直接加热的方法，在不同的温度区域内采用折线式分段控制的方法，允许关闭加热设备后系统温度可以继续升高而不超过温度要求阈值(图2)。

2.2 系统联动控制

系统联动控制是生产监控系统不可缺少的部分，一旦遇到可燃气体超标等紧急情况，必须准确、迅速地完成对环境中人员的报警和紧急疏散工作，而联动设备的实现，必须遵循两个原则：(1)准确迅速，不可错报或漏报，否则会对生产生活甚至人身安全造成很大的伤害；(2)严格掌握时序的要求，不得因为时序等原因造成整个系统工作流程的紊乱。

对于时序的控制，严格按照要求所规定的，当现场可燃气体浓度超过监控上限时，现场主控机能启动联动系统，首先开启报警装置，然后依次启动排风机、喷淋阀、疏散指示灯，并分两步关闭隔离门：第一步半关，5秒钟后再全关，整个控制结束后关闭系统并进行声音提示(整个控制过程不能超过20秒)。

图3 数据发送过程

2.3 手持设备与主控设备交流

对于系统中两个部分的交流，采用蓝牙通信[4]的方式。对于这种两部分以无线方式交流通信的设备，最重要的两个方面：(1)保证数据发送与接收的准确性；(2)防止与周围其他通信设备产生干扰，做到安全加密[5]发送。在保证发送接收数据准确性的方面，采用发送校验位作为标致的形式。在每次接收数据之前，检验校验位是否发送正确，只有收到指定的校验位之后才读取发送到的数据。另外，采取适合发送数据的通信协议，将想要发送的数据经过整合处理，得到加密后的数据，这样既方便了数据的发送，同时也确保了整个数据的安全性(图3)。

3 程序设计

3.1 主程序流程图

图4 主程序流程图

3.2 键盘扫描及处理执行子程序流程图

图5 键盘扫描及处理执行子程序流程图

4 测试方案与测试结果

4.1 软件仿真

用Freescale CodeWarrior软件仿真器，在线观察设置的全局变量和各个标志位。仿真界面如图6所示。

图6 仿真界面

4.2 测试数据

(1)通电，等待程序运行，初始化结束后测得一系列液晶屏显示数据,显示结果正常;(2)比较主控机与手持设备通信实时性。

表1 主控机显示状态

表2 手持设备显示状态

可见，蓝牙传输会有一定的延时，但最终影响较小。

4.3 测试分析与结论

根据上述测试数据，本系统可以完成主控机对现场要控制的温湿度、照明灯亮度、可燃气体浓度值进行设置并显示，现场主控机可对喷淋阀、排风机、隔离门等装置进行就地开关控制，当设备运行时能指示出工作状态，对环境温度进行较为精确的控制，完成联动功能，可以用手持设备显示与控制。由此可以得出以下结论：(1)实现基本的环境监测，通过主控机对环境参数进行控制；(2)在环境中某些参数超标时，自动地实现环境状态的改变，同时可手动更改为需要的环境状态；(3)通过自制的手持设备、手机APP设备以及电脑端的上位机[6]部分实时显示参数并远程控制。

[1]耿东久,索岳,陈渝,等.基于Android手机的远程访问和控制系统[J].计算机应用,2011,31(2):559-561,571.

[2]刘浩.电加热温度控制系统设计与实验研究[D].杭州:中国计量学院,2013:2-5.

[3]李永军.火灾自动报警系统联动控制的设计探讨[J].企业科技与发展,2009(22),85-86.

[4]罗富财.基于Android平台的蓝牙通信系统的研究与实现[D].北京:华北电力大学,2013:22-29.

[5]黄志清.网络安全中的数据加密技术研究[J].计算机系统应用,2000(7):24-26.

[6]李晓丽.单片机与上位机串行通信系统设计[J].仪表技术,2010(7):45-47.

Production Environment Monitoring System Based on XS128

REN Li-li

(Department of Security,Changchun Normal University,Changchun Jilin 130032,China)

The production environment monitoring system is composed of main control part and handheld controller. This system coordinates sensor modules with environment control module by the freescale XS128 chip to realize the real-time monitoring and controling for the production environment. Handheld monitor can display real-time environment of the system and realize remote-control. The new Android handheld devices is more intimate and intelligent. The system uses wireless blue-tooth technology and realizes intelligent control.

production environment monitoring; Android; artificial intelligence

2014-10-04

吉林省科技厅青年科研基金项目(20130522163JH)；吉林省教育厅项目(吉教科合字[2012]第411号)；长春师范大学项目(长师院自科合字[2011]第011号)。

任丽莉(1978- )，女，吉林长春人，长春师范大学技防中心讲师，硕士，从事计算机网络、自动控制系统和监控技术研究。

TP242.6

A

2095-7602(2014)06-0036-05