一种有害气体智能监测系统设计

于莹

摘要：针对各类有害气体，基于物联网概念，本文设计了一款有害气体智能监测系统。本文重点介绍了系统的组成结构，该系统主要包括各类气体传感器、Atmega128L单片机、PC上位机、用户手机、声光报警等模块；硬件电路的设计以及上下两层的软件结构。该系统利用单片机和各类传感器模块对有害气体进行采集处理，并通过无线网络传输模块传递至用户软件进行实时监测。

关键词：有害气体 单片机 智能监测

中图分类号：TP216 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）05-0000-00

在科技快速发展的大背景下，污染成为了人类健康的最大公敌，在一些重工业城市，雾霾天气几乎占据了全年的80%以上，人们很容易吸入有害气体，造成身体伤害。

另外，在某些化工类生产企业，车间经常发生有害气体泄漏而对工人造成严重伤害的情况。针对日常生活和生产中经常出现的各类有害气体，本文基于物联网理念，设计了一种有害气体智能监测系统，可根据用户需求定制各类有害气体传感器模块，最终通过PC机软件实现智能监测。

1 系统组成

有害气体智能监测系统组成结构如图1所示，主要包括各类气体传感器、Atmega128L单片机、PC上位机、用户手机、声光报警等模块。其中各类气体传感器用于检测不同类型气体，检测结果通过模拟量形式传输至Atmega128L单片机，单片机的AD模块对采集到的信息进行模数转换及滤波处理，并将气体浓度数值通过WIFI模块传输至PC上位机，或通过CDMA模块传输至用户手机，同时根据气体浓度阈值进行声光报警处理。

2 硬件电路设计

有害气体智能监测系统的Atmega128L单片机前4路AD针脚（ADC0～ADC3）分别连接了4种不同的模拟量输入气体传感器，传感器模块可供用户选择，包括一氧化碳、氢气、甲烷、甲苯、甲醛、氨气、硫化物等，单片机将输入的模拟量经处理后转化为数字量，并利用单片机自带的SPI接口与I2C接口接入大气压传感器和PM2.5传感器。

WIFI模块采用深圳市海凌科电子有限公司生产的RM04模块，该模块内置TCP/IP协议栈，能够实现用户串口、以太网、无线网（WIFI）3个接口之间的转换，WIFI模块与单片机采用串口连接。TDI、TDO、TMS、TCK接口用于连接仿真器。

3 软件设计

有害气体智能监测系统软件结构如图2所示，分为上下两层软件：单片机软件及PC机用户监控软件，两层软件间通过TCP协议进行通信。

在单片机软件中，AD采集模块用于采集模拟量输入形式的气体传感器数据；SPI通信模块用来采集大气压传感器数据；串口通信模块用来连接WIFI模块，从而与PC软件进行数据通信；数据滤波模块将采集到的传感器原始数据进行低通滤波处理；状态监控模块用来实时监控有害气体状态，同时利用声光报警来提示用户；数据交互模块用来解析处理与PC软件间的数据通信协议。

PC用户监控软件采用Visual C++ 6.0基于MFC架构进行编程设计，分为五个模块：用户管理模块、TCP通信模块、状态更新模块、报警处理模块及数据库模块。其中用户管理模块用来定制不同用户的传感器配置；TCP通信模块用来与单片机进行数据通信；状态更新模块用来实时更新传感器数据，同时显示在软件界面上；报警处理模块用来记录和解除报警状态；数据库模块用来存储用户设置及历史报警数据信息。

4 结语

Atmega128L单片机丰富的接口能够满足大多数有害气体传感器的通信要求，基于物联网概念设计的有害气体智能监测系统能够准确且实时的对环境中的有害气体浓度进行监测，基于无线网络设计解决了现场布线的复杂度，本文所设计的有害气体智能监测系统具有较好的模块化结构，便于用户使用，且系统具有较高的准确性和实时性。

参考文献

[1] 刘兰香，张秋生. ATmega128单片机应用于开发实例[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2] 王福瑞.单片微机测控系统设计大全[M].北京：北京航空航天大学出版社，2000.

[3] 孙余凯，吴鸣山，项绮明.传感器应用电路300例[M].北京：电子工业出版社，2008.