基于嵌入式的酒精罐群泄漏報警系統研究

王紅梅

摘 要：該系統具體對酒精生產及儲存罐區的單個報警系統進行改進，利用當前ARM9嵌入式系統的技術優勢，組成罐區綜合多點檢測報警，可利用系統的拓撲分布合理判定是否是實際泄漏，并可組網連接到上位機構成整體罐區報警顯示。調試結果顯示可以無需定時拆下校準就可自動根據運行時間判定傳感器鈍化程度；利用ARM9嵌入式系統多點拓撲檢測判定是否真實泄漏，防止誤報；利用CAN總線組網構成罐區整體大屏幕綜合報警顯示及調度。

關鍵詞：酒精泄露 報警 嵌入式

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）01（a）-0107-02

當前化工、酒精等生產、儲存行業，防爆要求基本都按國標設置了泄漏濃度監控，但大多是單個式泄漏報警單元方式，且氣體傳感器具有鈍化缺陷，必須定時更換和校準，且在有外界干擾的情況下會出現誤報等不合理之處，針對這一現狀，該系統著力解決罐區實際操作軟管接管采樣、輸入輸出泵采樣、防爆呼吸器短時過壓沖開微泄漏模型分析、酒精探測傳感器時間鈍化曲線分析等技術難點。

1 系統的組成

基于嵌入式的酒精罐群泄漏報警系統由主機和從機構成，系統組成如圖1所示。主機主要包含PIC微處理芯片、液晶顯示、聲光報警、通信模塊，主要實現的功能有：處理來自從機的數據、聲光報警、濃度顯示，從而可以方便工作人員對現場數據進行檢測和分析，并根據分析結果采取有效措施，以防止酒精的泄漏，消除事故隱患。從機的核心芯片采用的是TI公司的TMS320F2812，可完成對酒精罐群監測報警點的環境溫度數據采集、酒精濃度采集、對采集后的數據進行處理并將處理后的數據傳送給主機等功能，實現對所在安裝點區域的監測。

1.1 硬件組成

為了實現酒精濃度的監測，該系統采用的硬件主要包括以下器件：（1）MQ-3酒精氣體傳感器，用來測量空氣中酒精濃度的含量。（2）溫度傳感器，用于檢測周圍環境的溫度，補償溫度對酒精氣體傳感器的影響。（3）存儲、顯示及聲光報警單元用于實現較好的人機交互。（4）供電電源保障系統（見圖2）。

其中，半導體酒精傳感器MQ-3的工作原理是當傳感器周圍環境中有酒精蒸汽時，其電導率將隨空氣中酒精氣體濃度的增加而增大。因此利用此特性使用簡單的電路即可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。MQ-3半導體酒精傳感器對酒精的靈敏度高，可以抵抗汽油、煙霧、水蒸氣的干擾。這種傳感器可檢測多種濃度酒精氣氛，是一款適合多種應用的低成本傳感器。

1.2 軟件設計

該系統采用的是C語言編程，主要包括：主程序模塊、轉換子程序模塊、數據處理子程序模塊、A/D顯示子程序模塊、鍵盤掃描子程序模塊、語音播放子程序模塊。主程序模塊主要完成系統初始化，調用子程序模塊實現具體功能、 循環過程等操作。軟件流程如圖3所示。

其中該設計中數據處理的關鍵點是對氣體傳感器的溫度補償。因為氣體傳感器對周圍環境中溫度變化非常敏感，所以需要監測的環境參量即溫度，連續溫度下氣體傳感器的測量值如表1所示。

文中應用最小二乘法做曲線擬合，最小二乘法可以用來處理一組數據，可以從一組測定的數據中尋求變量之間的依賴關系，這種函數關系稱為經驗公式。在實驗中測得變量之間的n個數據，這些數據點在XOY平面上組成的散裝點會大致分布在某條直線附近，因此可以近似得到x和y的線性關系。應用最小二乘法可以得到溫度和氣體傳感器之間的函數關系。

2 結語

該系統結構簡單，可以實現酒精含量的檢測以及周圍環境溫度的檢測，通過主機和從機之間的數據通信可以實現較好的人機交互。主要的創新點是：可以自動根據運行時間判定傳感器鈍化程度，無需定時拆下校準；利用ARM9嵌入式系統多點拓撲檢測判定是否真實泄漏，防止誤報；利用CAN總線組網構成罐區整體大屏幕綜合報警顯示及調度。

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