污水處理廠沼氣報警系統設計

楊林

摘要：隨著經濟的飛速發展，被污染的水資源也變得越來越多，特別是一些小型企業環保意識薄弱。為保證污水處理廠的安全生產，筆者研發設計了一種新型的沼氣報警系統。該設計采用MQ-2氣體傳感器和ATmega128單片機系統，利用RS-485總線進行通訊，通過MCGS軟件對沼氣進行實時的數據監控。

關鍵詞：RS-485總線；單片機；傳感器；MCGS

隨著經濟的飛速發展，被污染的水資源也變得越來越多，特別是一些小型企業環保意識薄弱。筆者研發設計了一種新型的沼氣報警系統，該報警系統的優點是：正常的工作狀態下，液晶顯示屏可顯示巡檢路數、濃度值、單位、時間、報警總數、報警路數、故障總數、故障的具體路數（巡檢方式顯示）以及故障類型。

一、硬件選擇方案（控制器）

控制器選用AVR單片機。AVR是單片機系列中最高性能的單片機，它具有更強的生命力。AVR單片機采用高級語言來編寫系統程序，與傳統的采用復雜指令系統的8051單片機體系不同的是，AVR單片機采用更適合中高檔電子產品和嵌入式系統應用需要的精簡指令系統。在使用高級語言時，會比AT89C52 碼大小、性能及功耗進行優化，在前一條指令執行的時候就取出現行的指令，在一個時鐘周期內可執行復雜的指令，因此可以說它是在8位單片機中第一個真正的RISC結構的單片機。AVR單片機就是通過使用RISC指令系統來簡化單片機CPU的指令工能，使指令的平均執行時間縮短，從而提高CPU的性能和速度。避免了傳統的8051單片機CISC指令系統存在的指令長度不等長、指令數多、CPU利用率低和執行速度慢等缺點。

AVR單片機具有較寬的工作電壓范圍，工作電壓在1.8～6V之間，電源的抗干擾能力強；不再需要把芯片從系統上拆下來再使用專門的編程器來燒寫程序，而是通過在線編程將編譯好的目標程序直接燒寫入Flash程序存儲器。極大方便了程序的調試；I/O口驅動能力強，可以直接驅動LED；內置看門狗定時器，可以防止程序跑飛，提高產品可靠性。

所以經過論證，最終選擇了ATMEL公司的ATmega128單片機， ATMmega128內部設有I/O通道，可以實現數字量的輸入與輸出，它還具有A/D轉換功能，可以解決模擬量的輸入問題。同時，ATMmega128還帶有串口，可以跟計算機連接通信。ATmega128的I/O通道有32輸入/輸出及8個模擬通道，若通道不夠還可以進行多塊板子的擴展，所以選用ATmega128接口卡。

方案：選用其他型號的單片機

無論從單片機的資源，還是執行速度進行比較，ATmega128單片機都要比其它單片機性價比高，而且ATmega128單片機的價格還比其它單片機便宜。

根據以上方案的比較，最終我在本電路設計時采用了ATmega128芯片。

二、系統設計的主要原理

設計采用主從結構，主機由傳感器、ATmega128單片機、顯示器和聲光報警裝置組成，從機放在車間內，當氣體濃度達到設定值時傳感器會發送信號至主機。主機放在值班室內，當主機接收到信號時進行聲光報警，并在數碼管顯示器上顯示該車間的位置。主機和從機之間通過RS485總線連接在一起。PC機主機ATmega128 RS485總線及驅動傳感器1傳感器2傳感器n。

三、硬件電路設計

污水處理廠沼氣報警系統以單片機作為系統的中央處理器，完成傳感器探測信號、對異常情況的判斷和區域報警控制器（如圖1）。

四、污水處理廠沼氣報警系統軟件設計

在整個軟件設計過程中A/D轉換是整個系統的橋梁，決定著系統輸出能否實現。在本系統中用MCGS軟件對沼氣進行實時監控，當沼氣濃度達到設定值時紅燈亮。

參考文獻：

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（作者單位：河南漯河技師學院）