基于单片机的地下车库一氧化碳监测系统设计

2023-06-22 21:09刘政
无线互联科技 2023年4期
关键词:一氧化碳检测仪车库

刘政

摘要:文章设计实现了一个基于单片机的地下车库一氧化碳监测系统。该监测系统可自动搜集、记录、显示一氧化碳气体的浓度数据,工作人员在电脑、手机、Pad、大屏中,可以随时查询环境数据,支持短信等报警功能。通过数据分析,可形成日、周、月、年历史曲线图,动态展现一氧化碳气体浓度变化情况,各项监测数据可永久保存。在数据安全方面,数据可进行三重加密保存,安全存储,稳定可靠。在数据导出方面,可随时导出一氧化碳气体浓度数据。经过最终测试,该系统可达到预期功能,可灵活配置管理需求并增加其它监测终端.

关键词:单片机:地下车库:一氧化碳监测:报警器

中图分类号:TP212.6

文献标志码:A

0 引言

随着汽车行业的迅速发展,几乎每个家庭都拥有一辆汽车,这就造成地下车库停放的汽车比较饱和,地下车库一氧化碳中毒事件频频出现[1]。当发动机怠速运行时,由于汽油燃烧不充分,会产生含有大量一氧化碳的尾气[2]。地下停车场属于密闭环境,车辆进出比较频繁,所排放的尾气也不易排出,极易积累大量一氧化碳气体,损害人身安全[3]。近年来,国家严加要求地下车库一氧化碳濃度监测。在密闭环境中必须安装排风系统,及时控制一氧化碳浓度,并对一氧化碳的含量做出定量要求。地下车库一氧化碳含量长期应低于25 ppm,短期不应高于50 ppm[4]。但目前大部分车库还没有实现对地下车库一氧化碳的实时监测,设计与实现一个地下车库的监测系统具有非常重要的现实意义。

1 分析与设计

1.1 需求分析与总体框架

本文设计的地下车库一氧化碳监测系统需要针对不同面积和不同区域的停车场设计气体探测器,全面检测地下车库中一氧化碳的浓度值。该系统是由地下车库局域网、软件系统、串口服务器、气体控制器、气体探测器和风机组成的平台。气体探测器通过有线和控制器相连,控制器上可集中显示各监测点浓度值。按照国家对地下车库一氧化碳浓度的数据要求,当浓度超出数据时,应及时联动排风系统,进行新鲜空气的置换。

本系统通过对地下车库的在线监测,能够精确测量地下车库内的一氧化碳气体并采取有效措施减少一氧化碳在地下车库的积累,减少一氧化碳对人身体健康的损害。

当气体探测器监测到一氧化碳气体时,气体控制器发出报警信号并开启风机,串口服务器接收控制器发出的报警信号并回传至软件系统。软件系统收到报警信号后,通过地下车库局域网把报警信息和数据传输至调度指挥中心,调度指挥中心通过网络以短信的方式把一氧化碳监测信息发送到移动平台。

调度指挥中心可以实时监控地下车库的现场情况,并及时做好引导防范疏导。软件系统可以显示不同地下车库的监测状态,监测人员也可以通过监控设备了解地下车库内的设备运行状态。设计的监测系统的总体框架如图1所示。

1.2

一氧化碳监测的技术分析

1.2.1 一氧化碳监测的探头分析

一氧化碳气体可用可燃气探头检测。因为一氧化碳在空气中达到一定的浓度会爆炸,但用可燃气探头只能测出其爆炸上下限,却不能测出其浓度值,不能用于预防一氧化碳中毒,不适用于检测一氧化碳泄露场所。

如要测一氧化碳的浓度值,本文需要采用专用的PPM级一氧化碳检测仪,这样才能测出一氧化碳在空气中的PPM级别。如测微泄露就应选用专业PPM级一氧化碳检测仪,量程为0-1 000/2 000;如测一氧化碳爆炸下限就应选可燃气探头,量程为0 - 100LEL。如果是一氧化碳库区或其它无人场合,并主要以防止爆炸为检测目的,则可选可燃气探头;同时,如想较精确检测上述位置的一氧化碳浓度,可选(0-1000 ppm)。一氧化碳检测仪的精度是量程的正负2%,工作环境湿度范围是10% -95%RH。每个通道对应每个检测仪的数值,必须采用一对一的显示。单通道、双通道和4通道的是实时数字显示,并设计具备巡检功能。8通道、16通道和总线制的控制主机有巡检功能。

1.2.2

一氧化碳检测仪的安装

安装在地下车库的一氧化碳检测仪,应距泄露源1m以内。由于地下车库的泄露源比较广泛,本文设计每隔2m安装一个一氧化碳检测仪,并保持安装在距地下车库的库顶以下30 cm处。主机安装在控制室内,要根据泄露点人员出现的频率和停留时间,生产设备的新旧程度来选择安装数量,以期达到最佳的安装效果。比如,电梯或楼梯口人员流动较大。特别注意防止高温热源的辐射,过高的温度会降低传感器的性能和使用寿命,所以一氧化碳检测仪传感器所在的黄色金属外壳部分应朝向地面。

1.2.3

一氧化碳监测的报警设计

一氧化碳浓度监测仪监测所在地下车库的一氧化碳浓度值。一氧化碳的最高允许浓度应不大于30 mg/m3(标准来自《GB50736-2012民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》)。当一氧化碳浓度值超过警戒值时,一氧化碳浓度传感器将信号传递给一氧化碳浓度控制器。一氧化碳浓度控制器联动风机配电箱内置开关量启停模块,打开排烟风机,排出车库区域内超标的有毒气体,一氧化碳浓度值将迅速下降至安全范围。一氧化碳浓度值回归安全值,由一氧化碳浓度控制器联动风机配电箱内置开关量启停模块,关闭排烟风机,避免风机长时间运行,节约能源。

本文设计的一氧化碳监测报警装置采用墙面型系列的F2000TSM-CO-A106。地下车库的一氧化碳监测系统,具有报警功能和白校验功能。为保证读数的稳定性和可靠性,可选墙面安装支架,方便安装。该一氧化碳监测器和警报器专门用于检测地下车库的一氧化碳浓度,量程为0 - 500 ppm,寿命可长于3年,具有独特的白校验功能保证读数的稳定性和可靠性。该系统在读数方面,具备多点校准以保证读数的准确性;采用Modhus RS485作为通信接口,报警声音清晰响亮,在3m内可达75 dB.对于地下车库的环境.75 dB的声音已满足要求:采用5V电源适配器,连接230 VAC供电,使用上安全方便。本文设计并安装一台一氧化碳控制器控制50台一氧化碳气体探测器,在一定程度上,可极大拓展一氧化碳检测系统容量。

2 监测数据传输的实现

2.1 一氧化碳监测报警的工作流程实现

当一氧化碳气体在空气中达到一定浓度时,一氧化碳监测报警仪会立即发出声、光报警信号。当探测器周围空气中一氧化碳浓度降低并消失后,探测报警器会自动停止报警声响,红色指示灯熄灭,探测器回到正常监测状态,绿色指示灯发亮。本文设计实现的探测报警器采用与外接排风扇连接方式,在报警时能立刻自动打开排风扇,排除气体,确保地下车库的安全。其工作流程实现如图2所示。

气体报警控制主机用来集中显示各监测点的一氧化碳浓度值并实现与排风系统的联动。当一氧化碳浓度值超过预设报警值时,系统能够自动报警或控制启动排风系统。气体报警控制主机一般安装在值班室中,与检测仪采用四芯线S485协议连接。主机内部要有继电器报警开关量输出用于控制排风系统。风机由报警控制主机联动,当一氧化碳浓度超标时白动启动风机:当一氧化碳濃度恢复正常时,风机自动停止。2.2数据可视化的程序实现

本文设计的地下车库一氧化碳监测系统的数据统一由检测仪采集,通过GPRS无线传输到远程服务器,由远端解析传感器数据,保存到系统数据库。在展示端搭建系统服务平台,为数据展示提供必要的接口,由各类接口将统计数据返回给可视化大屏,实现数据实时展示。该监测系统的数据可视化主要由三大部分组成:数据采集、监测告警分析和监测数据报表、可视化。可视化的架构主要采用无代理模式C/S。

数据的收集方式,可以分为主动模式、被动模式、投递模式。主动模式主要是从监测中心去监测仪获取数据。被动模式是从监测仪向监控中心发送数据。投递模式是向监测中心推送数据。本文采用投递模式,因为这种模式,适合于时序数据库的监测。具体实现的部分核心代码如下:

#导入pyecharts库

from pyecharts. charts import Bar, Line, Grid

from pyecharcs imporL options

province=['地下车库A区','地下车库B区','地下车库C区','地下车库D区','地下车库E区']

datel=[10000,5000.5000.3000 .6000 .4321,6523,3424]

date2=[1200 .50 .43 .32 .75, 43 ,41 ,9]

bar=Bar()#实例化柱状图对象

#画柱状图

bar. add_xaxis( province)

bar.add_yaxis('人数',datel)

bar.add_yaxis('人数',date2)

bar.set_global_opts(

Litle_opts= options. TilleOp(s(title='信息')

本文在实现数据可视化时,需要做好数据分析。该数据分析的结果必须作为监测数据的来源。在这种情况下,监测数据采集,已经不是传统意义的采集,而是融合了各种场景的数据采集,最终汇总为大数据处理,故监测系统的数据来源,需要各种专门的Agent软件进行收集。数据可视化的实现,必须将浓度监控器放置于消控室,可以实时查看系统内全部一氧化碳浓度监测仪和一氧化碳浓度控制器的工作状态和报警信息,并打印纸质报告,控制器的指示灯指示运行、通信、报警、故障、消音等。

3 结语

本文主要是基于STM32开发板设计并布线实现地下车库一氧化碳监测系统。从安全和节能的角度出发,设计的系统可实现及时排风,从而避免一氧化碳的浓度超标:实时监测一氧化碳的浓度可实时控制排风的时间,从而节省能源,避免不必要的浪费。该系统在进行24小时实时监测一氧化碳气体浓度时,可实现异常立即远程上报故障信息,并连接安全管理部门。该系统具有数据可视化、多端数据查询、自动告警、趋势展现、永久存储、数据安全、数据导出、灵活配置、图形化设计、简洁美观的特点。该地下车库一氧化碳检测系统还可方便地移到新场所。

参考文献

[1]陈振钊,林佳茵,黄淑芬,等.基于STM32的一氧化碳监测系统设计[J].信息与电脑(理论版),2021(13):65-67.

[2]王璐.煤矿安全监控系统中一氧化碳无线传感器的设计与实现[J].煤矿机电.2020(4):5-8,12.

[3]王睿铮,曹文军,李鹏.一款室内一氧化碳浓度监测通风系统设计[J]。电子世界,2021(9):168-169.

[4]邓娜.一氧化碳物联网监测系统的设计及应用[J].电信技术.2019( Sl):22-24.

(编辑姚鑫)

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