基于PLC控制的學校宿舍抽煙監(jiān)控器的設(shè)計

摘 要：在學校宿舍抽煙非常容易引起火災(zāi)。為制止宿舍抽煙行為，特此設(shè)計抽煙監(jiān)控系統(tǒng)，此系統(tǒng)采用MQ-2氣體傳感器進行煙霧檢測、KEYENCNFX1N-24MR型PLC進行控制、步科MT4300C觸摸屏進行監(jiān)控、ISD1820錄音語音模塊進行語音提示，實現(xiàn)對學校宿舍抽煙的監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：PLC； 抽煙； 監(jiān)控器

中圖分類號：TP273.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2014）09-110-001

一、引言

教育部2014年1月29日發(fā)布關(guān)于在全國各級各類學校禁煙有關(guān)事項的通知，提出“禁止在中小學幼兒園內(nèi)吸煙”、“嚴格限制在高等學校內(nèi)吸煙”、“建立禁煙工作長效機制”等一系列禁令。學校有必要采取有效措施，鼓勵引導(dǎo)有吸煙習慣的師生戒煙。并建立督導(dǎo)檢查機制，加強禁煙日常動態(tài)監(jiān)督。學校宿舍抽煙監(jiān)控器有利于宿舍管理人員監(jiān)控各個宿舍的抽煙行為，提示和制止學生在宿舍抽煙。

傳統(tǒng)的抽煙檢測器以檢測煙霧信號和發(fā)出蜂鳴報警信號為主，起不到監(jiān)控作用，本設(shè)計采用步科MT4300C觸摸屏進行抽煙監(jiān)控，采用PLC進行系統(tǒng)控制，能實現(xiàn)對宿舍抽煙的語音提示，大大加強了對學校宿舍抽煙的監(jiān)控力度。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計

（一）工作原理

圖1 工作原理圖

如圖1所示，當宿舍內(nèi)有人抽煙時，傳感器模塊能夠檢測到煙霧，并輸出有效信號為低電平，當輸出低電平時信號燈亮，可直接接繼電器模塊進行信號放大，信號輸入到PLC中，PLC程序運行驅(qū)動觸摸屏顯示宿舍號碼，記錄該宿舍抽煙次數(shù)，并驅(qū)動語音模塊，進行語音提示，提示宿舍內(nèi)人員不許抽煙。

（二）硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)由電源模塊、傳感器模塊、繼電器模塊、PLC、錄音語音模塊、觸摸屏模塊構(gòu)成。

1.電源模塊。單相輸入，雙路輸出5V和24V開關(guān)電源，給觸摸屏和PLC提供24V電源，給繼電器、傳感器、錄音語音模塊提供5V電源。

2.傳感器模塊。此系統(tǒng)采用MQ-2氣體傳感器，所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫（SnO2）。當傳感器所處環(huán)境中存在可燃氣體時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。

3.繼電器模塊。4路繼電器模塊擴展板（帶光耦隔離支持AVR/51/PIC單片機），繼電器輸出觸點最大250A10A。輸入IN1、IN2、IN3、IN4信號線低電平有效。VCC，GND電源輸入端。此模塊用于將傳感器輸入的信號進行放大后輸入PLC中。

4.PLC。可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。KEYENCNFX1N-24MR型PLC有14個輸入10個輸出端子，能夠監(jiān)控14間宿舍。

5.錄音語音模塊。使用方便的10秒語音錄放，高質(zhì)量、自然的語音還原，帶循環(huán)播放，點動播放，單遍播放功能，本模塊可直接驅(qū)動8歐0.5W小喇叭。

6.觸摸屏模塊。觸摸屏（touch screen）又稱為“觸控屏”、“觸控面板”，是一種可接收觸頭等輸入訊號的感應(yīng)式液晶顯示裝置，當接觸了屏幕上的圖形按鈕時，屏幕上的觸覺反饋系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先編程的程式驅(qū)動各種連結(jié)裝置，可用以取代機械式的按鈕面板，并借由液晶顯示畫面制造出生動的影音效果。觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設(shè)備，它是目前最簡單、方便、自然的一種人機交互方式。它賦予了多媒體以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設(shè)備。主要應(yīng)用于公共信息的查詢、領(lǐng)導(dǎo)辦公、工業(yè)控制、軍事指揮、電子游戲、點歌點菜、多媒體教學、房地產(chǎn)預(yù)售等。此模塊采用MT4300C型觸摸屏，穩(wěn)定、可靠、易用，具有更加清晰的顯示效果。

三、觸摸屏設(shè)計

圖2 觸摸屏界面

觸摸屏需要設(shè)計2個界面，第1個界面為宿舍抽煙監(jiān)控界面，需要制作相關(guān)文字信息和宿舍顯示燈，還需要制作進入第2界面的功能鍵。第2個界面為抽煙記錄界面，用于記錄宿舍內(nèi)抽煙的次數(shù)（用數(shù)據(jù)顯示控件制作），制作數(shù)據(jù)記錄清除鍵，可以清除抽煙記錄，需要制作返回第1界面的功能鍵。制作PLC控制元件，當宿舍有人吸煙時，監(jiān)控器會發(fā)出鳴叫聲，直到吸煙停止為主。

四、系統(tǒng)程序設(shè)計

五、系統(tǒng)調(diào)試

當1001宿舍有人抽煙時，觸摸屏鳴叫提示宿舍管理員有人抽煙，并且1001宿舍內(nèi)語音模塊提示1001宿舍內(nèi)人員不要抽煙，1001宿舍抽煙記錄加1，如果超過10S還有人抽煙，則1001宿舍內(nèi)燈會熄滅。其他宿舍也是如此。按下第1界面中的抽煙歷史記錄按鈕就可以進入第2個界面，如果在按下記錄清除按鈕，則抽煙記錄均會置0，如果按下進入監(jiān)控界面按鈕，就可以返回第1界面。

六、結(jié)束語

基于PLC控制的學校宿舍抽煙監(jiān)控器可以實時觀測各個宿舍的抽煙情況，并且進行記錄和提示，能夠有效制止學校宿舍內(nèi)抽煙行為，引導(dǎo)學生戒煙。