粉尘浓度传感器在粮食系统中的应用

广东省储备粮管理总公司东莞直属库 黎世静 马军德 刘跃华

粉尘浓度传感器在粮食系统中的应用

广东省储备粮管理总公司东莞直属库 黎世静 马军德 刘跃华

本文主要介绍在粮食系统中，粮食进出仓生产作业中的输送粮食设备内部、存储粮食的仓体内部和地下室等密闭空间环境，极易集聚大量粉尘，达到粉尘爆炸的极限，当遇到火源时，就有发生粉尘爆炸的危险。因此，利用粉尘传感器测量这些密闭空间的粉尘浓度，如刮板机、斗提机、气垫皮带机、溜管、浅圆仓、立筒仓、缓冲仓、地下室等内部粉尘监测，采取有效的措施，开启除尘设备、通风设备，降低密闭空间的粉尘浓度，从而避免发生粉尘爆炸，在粮食生产过程中具有重要的作用。该系统利用GP2Y1010AU粉尘传感器，通过ADC0832转换芯片采集GP2Y1010AU粉尘传感器的粉尘的浓度，通过单片机的数据转换处理后在LCD1602液晶屏上显示测量值，当测量空间中的粉尘浓度大于设置粉尘浓度时，蜂鸣器和发光二极管发出声光报警。

粉尘检测；粉尘传感器；粉尘浓度；粮食系统

1 粉尘检测原理

当我们发射一束单色平行光时，光行走的轨迹遇到微小粒子后，在粒子表面将会产生散射的现象，并且粒子也会吸收部分光的能量，从而使光的强度被削弱，即衰减。这样除去散射和被吸收的光强后，接收到的光强与发射出的光强比较，得到相对衰减率，光强的相对衰减率正好能反映测量环境的粉尘的相对浓度，光强大小通过光电转换后变成电信号，电信号的大小正好与光强大小成正比，因此我们只需要检测电信号的大小即可测量环境的粉尘浓度值。GP2Y1010AU粉尘传感器内部设有光轴相交的发光二极管和光电晶体管，发光二极管发射红外线光束，当光束遇到检测环境的粉尘后，发射散射现象，反射后的光强被光电晶体管接收，经过光电转换变成电信号，这时光强大小与电信号大小成正比关系，经过信号处理输出测量环境的粉尘浓度值。

2 系统硬件构成

本系统的硬件主要由单片机最小系统、粉尘浓度传感器模块、显示模块、ADC0832转换模块、声光报警模块、按键模块构成。通过按键模块设定粉尘浓度报警值后，粉尘浓度传感器置于测量环境中，显示模块上显示测量的粉尘浓度值，并显示设定好的粉尘浓度报警值，如果测得的粉尘浓度值大于设定值，声光报警模块发出一定频率的声音和闪光报警。

2.1 单片机最小系统

利用51系列单片机构成最小系统，其操作简便、编程简单、支持串口下载程序、价格便宜等优点，运行可靠、抗干扰强、功耗低。

2.2 粉尘浓度传感器模块

粉尘浓度传感器模块，型号为GP2Y1010AU，其灵敏度0.5V（0.1mg/ m3），无粉尘时输出电压0.9V，典型消耗电流11am，能够检测0.8微米以上的细小粒子，输出模拟电压信号。通过内部的红外发光二极管和光电晶体管检测环境粉尘浓度，可区分测量环境中的烟和粉尘，体积非常小、便于安装且重量轻。利用该传感器作为粉尘环境浓度测量，不仅价格低廉，而且稳定可靠，为预防粉尘爆炸具有重要意义。

2.3 显示模块

液晶显示器LCD1602除了价格比数码管高外，其他方面优势明显，比如体积小、寿命长、显示方式灵活、功耗低，该显示器无需驱动电路，能够显示两行分别为16个字符，显示的内容更丰富，满足了一行显示测量值，一行显示设定报警值，外接可变电阻器能调节对比度，适用于各种类型的手持仪表仪器作为显示器。该显示器采用并口作为数据传输通道，使得测量值能够快速显示出来，同时具有复位电路，能够提供不同的控制命令，比如显示移位、光标闪烁、字符闪烁、清屏等。

2.4 按键模块

该粉尘浓度测量系统共有3个独立的按键，从左到右分别为C1设置键，C2参数增加键，C3参数减少键，按下C1设置键，则进入浓度值设定画面，通过C2增加键或者C3减少键可以设定想要的报警值，每按一次C2或者C3键，数值就相应地改变一次，长按C2或者C3键，数值就连续改变，直到设定好报警值，再次按下C1设置键，则表示已经设置好报警值，退出设定，进入显示画面，显示器第一行显示测量值，第二行显示设定的报警值。同时该设定值能够实现掉电保护功能，重新启动后设定的报警值不会改变。

2.5 声光报警模块

声光报警，顾名思义即发出声音和光的一个装置，主要由无源蜂鸣器和发光二极管构成，当我们检测的环境粉尘浓度大于设定的报警值时，单片机输出一个命令，去驱动声光报警装置，从而发出一定频率的声音和闪烁光，实现报警功能。

2.6 ADC0832转换模块

该模块能够将模拟量转换为数字量，即采集粉尘传感器的模拟电压信号，经过ADC0832模块进行信号处理，输出数字量的电压信号，从而传输给单片机进行计算处理，便可输出测量环境的粉尘浓度值。该模块体积小、性价比高，具有8位分辨率和双通道A/D转换功能，同时具有稳定性高、转换速度快、误差率小等特点。

3 系统软件设计

粉尘浓度测量系统在上电后，单片机复位，开始进入程序运行。首先开始程序初始化，输出显示模块程序，进入按键扫描程序，判断当前是否有按键被按下，检测到有按键进入按键设定程序，没有则进入粉尘浓度检测程序，将接收到的数据进行分析处理，输出给显示模块，并判断测量值和设定值的大小，进而选择是否输出声光报警信号，直到接收到结束命令，否则将继续测量并输出测量值。运行结束后重复上述的程序执行。

4 结论与展望

粉尘浓度测量系统在粮食生产行业的应用具有非常重要的意义，通过该系统测量环境的粉尘浓度，能够实时检测密闭空间内的粉尘浓度，如刮板机、斗提机、气垫皮带机、浅圆仓、立筒仓、缓冲仓等内部都是密闭空间，作业过程中极易形成高浓度的粉尘环境，遇到明火后会发生粉尘爆炸，利用该粉尘浓度测量系统来控制通风系统、除尘系统，从而快速降低密闭空间的粉尘浓度，防止发生粉尘爆炸的危险。该系统测量比较准确、反应速度较快、而且价格低廉，非常适宜用于多点监测的粮食行业上。将该系统做成固定式装置，外壳做成防水防爆型，同时设置一个具有自动获取环境气流功能，那么该系统更加安全可靠、测量数据更准确，再将各测量点作为从机，通过通信功能，将从机连入主机，主机与上位通信，将数据上传至上位系统，提供给中控室操作人员对各点粉尘浓度进行监测，采取正确有效的安全措施，确保安全生产。