基于电厂环境下的粉尘浓度检测设备的研制

汪振雨，侯　亮，石　成，高庆闵

（吉林农业科技学院 电气与信息工程学院，吉林　吉林　132101）



基于电厂环境下的粉尘浓度检测设备的研制

汪振雨，侯亮，石成，高庆闵

（吉林农业科技学院 电气与信息工程学院，吉林吉林132101）

摘要：中国用30年的时间，走完别人100年完成的工业化道路。煤炭资源在为中国工业发展提供不竭动力的同时也造成了极大地环境问题，粉尘问题尤为突出。因此需要一种粉尘浓度检测设备，及时准确地发现问题，以便于采取相应的措施加以解决。文章围绕单片机为核心，完成检测仪数据采集、显示等电路的设计。该系统工作稳定、集成度高，调试方便，具有一定的实用价值。

关键词：粉尘；空气采样；显示；单片机

随着现代工业的蓬勃发展，工业文明给人们带来了诸多便利的同时，也引发了更加严重的环境问题。央视记者柴静的《穹顶之下》将这种问题更加直面的展现在公众面前，视频中，柴静经过一番讲解之后，给出了她的解决方案：大力采用天然气，取代有污染的煤。

然而，经过对中国基本能源结构的分析过后，本文认为柴静的解决方案是存在瑕疵的——天然气等清洁能源不能定位为“主力发电方式”，而只能作为一种补充方式，中国现在的年原煤消耗量已经超过38亿吨，未来可能增加到50亿吨。所以大力用气是没错的，取代煤是绝无可能的。

煤炭的燃烧必然会产生大量的粉尘和有害气体，原有的工业生产中，这些粉尘和有害气体未经任何处理就直接排放到大气当中，近年来虽然有所改善，但个别的地区污染依然严重［1］，如果不加以监测，必将引起更加严重的问题。针对粉尘浓度的监测势在必行。

火力发电厂是中国电力资源的主要输出场所，煤炭的使用不可避免，所以将火力发电厂作为检测粉尘浓度的主要工作环境。由于电厂环境的特殊性，故将CO以及SO2纳入到检测范围之内，完成整个检测系统的构建。

1　系统的组成原理

粉尘浓度超标对人体的危害巨大，粉尘浓度检测势在必行。然而，市场上的相关检测设备却存在着种种不足，难以实现预期要求［2］。

本系统是以单片机作为主控单元，控制设备的整体运行情况，多种传感器共同作用完成对环境中粉尘、CO以及SO2的实时浓度的检测。另外，应用成熟的无线通信技术，实现远程报警以及实时浓度显示等功能。

图1　系统的组成原理

根据实现功能的不同，可将整个系统分为3个子系统，即粉尘浓度检测子系统、有害气体浓度检测子系统、上位机系统。系统原理如图1所示。

2　系统的设计

本系统由单片机［3］构成主控部分，主要完成信息的接收、处理及控制指令的形成，并对各类信息进行记录。另外主要通过5个模块的电路设计实现功能，他们分别是LCD显示［4］、敏感元件（包括粉尘传感器、CO浓度传感器及SO2浓度传感器）、无线通信模块、键盘输入电路、蜂鸣器报警电路。如图2所示。

图2　硬件电路结构框图

其中，敏感元件这要实现粉尘及有害气体的检测，无线通信模块则完成系统的远程控制。

2.1粉尘浓度检测子系统

粉尘浓度的检测要依靠相关传感器与单片机共同作用。通过传感器采集一段时间内粉尘的浓度，再由单片机进行接收、处理和控制，实现预期功能。

图3　粉尘浓度检测子系统

综合价格及性能等多方面考虑，最终选用日本夏普公司生产的灰尘传感器GP2Y1010AU0F［5］作为检测粉尘浓度的敏感元件，与其他粉尘检测元件相比，该传感器具有价格低、体积小、灵敏度高等特点，而且使用寿命长，精度高，稳定性好。其粉尘浓度检测原理，如图3所示。

2.2有害气体浓度检测子系统

针对有害气体的检测与粉尘浓度检测原理相同，由于电厂环境的特殊性，所以选择CO和SO2作为主要的有害气体来检测。当现场的有害气体浓度超过设定值时，通过蜂鸣器发出警报，以便采取相应措施加以解决。其检测原理，如图4所示。

图4　有害气体浓度检测子系统

3　上位机系统

上位机的使用主要是用来实现过程自动化控制功能的。利用上位机系统的强大数据处理功能及GSM网络成熟的无线通信功能，实现系统功能的远程控制。它主要由以下几个模块组成：数据采集模块、数据实时显示模块、参数设定模块以及报警模块等。设计风格简约、友好，操作方便，易于掌握。

4　软件设计

根据设计要求，可将系统程序分为5个部分，即主控程序、信号采集程序、无线通信程序、LCD显示程序和键盘输入程序。程序流程如图5所示。

图5　程序流程图

5　结语

通过软、硬件的综合设计和调试，该监测设备终于实现了预期目标，完成设计要求。

在设计完成之后，经系统调试及实验表明，该粉尘浓度检测设备工作可靠、稳定，满足使用要求。该设备可以实时准确地检测出电厂等工矿作业环境下的粉尘浓度，在环境监测及劳动保护等方面有着广阔的应用前景。

［参考文献］

［1］刘宏斌.我国PM2.5的现状与防治对策［J］.湖北经济学院学报，2012（7）：19-23.

［2］唐娟.粉尘浓度在线监测技术的现状及发展趋势［J］.矿业安全与保护，2009（9）：69-74.

［3］李全利.单片机原理及应用技术［M］.北京：高等教育出版社，2009.

［4］李维提，郭强.液晶显示应用技术［M］.北京：电子工业出版社，2006.

Development Environment Based Power Plant Dust Concentration Detection Device

Wang Zhenyu, Hou Liang, Shi Cheng, Gao Qingmin
（College of Electrical and Information Engineering， Agriculture Science and Technology College， Jilin132101，China）

Abstract：It took China 30 years to accomplish the industrialization development while the western countries 100 years. Coal resources has provided an inexhaustible dynamics for the development of China's industry but also caused great environmental problems， especially the problem of dust. Therefore,we need a dust concentration detection equipment, which can timely and accurately detect the problem, in order to take corresponding measures to solve it. This topic taking the single chip as the core, complete tester data acquisition, display and other circuit design. The system circuit is stable, highly integrated, easy to debug, has some practical value.

Key words：dust; air sampling; display; single chip

作者简介：汪振雨（1992-），男，吉林松原，本科；研究方向：电气自动化。