基于電廠環境下的粉塵濃度檢測設備的研制

汪振雨，侯　亮，石　成，高慶閔

（吉林農業科技學院 電氣與信息工程學院，吉林　吉林　132101）

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基于電廠環境下的粉塵濃度檢測設備的研制

汪振雨，侯亮，石成，高慶閔

（吉林農業科技學院 電氣與信息工程學院，吉林吉林132101）

摘要：中國用30年的時間，走完別人100年完成的工業化道路。煤炭資源在為中國工業發展提供不竭動力的同時也造成了極大地環境問題，粉塵問題尤為突出。因此需要一種粉塵濃度檢測設備，及時準確地發現問題，以便于采取相應的措施加以解決。文章圍繞單片機為核心，完成檢測儀數據采集、顯示等電路的設計。該系統工作穩定、集成度高，調試方便，具有一定的實用價值。

關鍵詞：粉塵；空氣采樣；顯示；單片機

隨著現代工業的蓬勃發展，工業文明給人們帶來了諸多便利的同時，也引發了更加嚴重的環境問題。央視記者柴靜的《穹頂之下》將這種問題更加直面的展現在公眾面前，視頻中，柴靜經過一番講解之后，給出了她的解決方案：大力采用天然氣，取代有污染的煤。

然而，經過對中國基本能源結構的分析過后，本文認為柴靜的解決方案是存在瑕疵的——天然氣等清潔能源不能定位為“主力發電方式”，而只能作為一種補充方式，中國現在的年原煤消耗量已經超過38億噸，未來可能增加到50億噸。所以大力用氣是沒錯的，取代煤是絕無可能的。

煤炭的燃燒必然會產生大量的粉塵和有害氣體，原有的工業生產中，這些粉塵和有害氣體未經任何處理就直接排放到大氣當中，近年來雖然有所改善，但個別的地區污染依然嚴重［1］，如果不加以監測，必將引起更加嚴重的問題。針對粉塵濃度的監測勢在必行。

火力發電廠是中國電力資源的主要輸出場所，煤炭的使用不可避免，所以將火力發電廠作為檢測粉塵濃度的主要工作環境。由于電廠環境的特殊性，故將CO以及SO2納入到檢測范圍之內，完成整個檢測系統的構建。

1　系統的組成原理

粉塵濃度超標對人體的危害巨大，粉塵濃度檢測勢在必行。然而，市場上的相關檢測設備卻存在著種種不足，難以實現預期要求［2］。

本系統是以單片機作為主控單元，控制設備的整體運行情況，多種傳感器共同作用完成對環境中粉塵、CO以及SO2的實時濃度的檢測。另外，應用成熟的無線通信技術，實現遠程報警以及實時濃度顯示等功能。

圖1　系統的組成原理

根據實現功能的不同，可將整個系統分為3個子系統，即粉塵濃度檢測子系統、有害氣體濃度檢測子系統、上位機系統。系統原理如圖1所示。

2　系統的設計

本系統由單片機［3］構成主控部分，主要完成信息的接收、處理及控制指令的形成，并對各類信息進行記錄。另外主要通過5個模塊的電路設計實現功能，他們分別是LCD顯示［4］、敏感元件（包括粉塵傳感器、CO濃度傳感器及SO2濃度傳感器）、無線通信模塊、鍵盤輸入電路、蜂鳴器報警電路。如圖2所示。

圖2　硬件電路結構框圖

其中，敏感元件這要實現粉塵及有害氣體的檢測，無線通信模塊則完成系統的遠程控制。

2.1粉塵濃度檢測子系統

粉塵濃度的檢測要依靠相關傳感器與單片機共同作用。通過傳感器采集一段時間內粉塵的濃度，再由單片機進行接收、處理和控制，實現預期功能。

圖3　粉塵濃度檢測子系統

綜合價格及性能等多方面考慮，最終選用日本夏普公司生產的灰塵傳感器GP2Y1010AU0F［5］作為檢測粉塵濃度的敏感元件，與其他粉塵檢測元件相比，該傳感器具有價格低、體積小、靈敏度高等特點，而且使用壽命長，精度高，穩定性好。其粉塵濃度檢測原理，如圖3所示。

2.2有害氣體濃度檢測子系統

針對有害氣體的檢測與粉塵濃度檢測原理相同，由于電廠環境的特殊性，所以選擇CO和SO2作為主要的有害氣體來檢測。當現場的有害氣體濃度超過設定值時，通過蜂鳴器發出警報，以便采取相應措施加以解決。其檢測原理，如圖4所示。

圖4　有害氣體濃度檢測子系統

3　上位機系統

上位機的使用主要是用來實現過程自動化控制功能的。利用上位機系統的強大數據處理功能及GSM網絡成熟的無線通信功能，實現系統功能的遠程控制。它主要由以下幾個模塊組成：數據采集模塊、數據實時顯示模塊、參數設定模塊以及報警模塊等。設計風格簡約、友好，操作方便，易于掌握。

4　軟件設計

根據設計要求，可將系統程序分為5個部分，即主控程序、信號采集程序、無線通信程序、LCD顯示程序和鍵盤輸入程序。程序流程如圖5所示。

圖5　程序流程圖

5　結語

通過軟、硬件的綜合設計和調試，該監測設備終于實現了預期目標，完成設計要求。

在設計完成之后，經系統調試及實驗表明，該粉塵濃度檢測設備工作可靠、穩定，滿足使用要求。該設備可以實時準確地檢測出電廠等工礦作業環境下的粉塵濃度，在環境監測及勞動保護等方面有著廣闊的應用前景。

［參考文獻］

［1］劉宏斌.我國PM2.5的現狀與防治對策［J］.湖北經濟學院學報，2012（7）：19-23.

［2］唐娟.粉塵濃度在線監測技術的現狀及發展趨勢［J］.礦業安全與保護，2009（9）：69-74.

［3］李全利.單片機原理及應用技術［M］.北京：高等教育出版社，2009.

［4］李維提，郭強.液晶顯示應用技術［M］.北京：電子工業出版社，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

作者簡介：汪振雨（1992-），男，吉林松原，本科；研究方向：電氣自動化。