基于STC12C5A60S2的智能化沼氣安全生產監控系統

陳亙宇　王琦

摘 要：為了確保沼氣生產過程的安全運行，設計了一種基于STC12C5A60S2單片機的智能化的生產過程監控系統，該系統通過各種傳感器采集沼氣生產過程的狀態，并采用MODBUS通信協議進行數據傳輸，得到的數據進行加密處理后分別發送到電腦和MCGS觸摸屏。MCGS觸摸屏實現了數據的實時監控功能，電腦端組態主要實現了數據的記錄和存儲和分析功能。

關鍵詞：智能化 傳感器 MCGS MODBUS

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（b）-0032-02

沼氣工程主要是通過厭氧發酵及相關處理降低糞水有機質含量，達到或接近廢物排放標準并按設計工藝要求獲取能源—沼氣，沼氣利用產品與設備技術，主要是利用沼氣或直接用于生活用能，或發電、或燒鍋爐、或直接用于生產供暖、或作為化工原料等。沼肥制成液肥和復合肥技術，則主要是通過固液分離，添加必要元素和成份，使沼肥制液肥或復合肥，供自身使用或銷售，以達到能源的循環使用。就目前來說，國內各大城市在建或已建的沼氣清潔能源沼氣工程多是使用繼電器邏輯控制模式，這些系統方式單一，自動化程序比較低，只能處理一些開關量問題，無法處理系統的模擬量以及實時記錄和統計沼氣工程運行信息，極大程度上降低了沼氣工程資源的充分利用；同時，大型沼氣工程自動化程度低，還需要眾多操作人員進行現場監測，增加了勞動強度，且信息傳遞滯后，不便于管理。針對上述問題提出了一種智能化沼氣安全生產監控系統，該系統采用STC12C5A60S2核心處理器控制溫度、濕度、壓力、PH等傳感器的采集數據，并進行一定的優化處理，通過MODBUS協議進行發送和接收，上位機通過串口或USB傳送到監控中心的PC機和現場監控的MCGS嵌入式組態監控屏，使操作和監控人員全面實時了解沼氣生產過程的各個環節。

1 系統設計

1.1 系統總體設計方案

沼氣智能監控系統只要有數據采集模塊、MCU模塊、預警模塊、現場監控模塊和遠程監控模塊，系統結構圖如圖1所示。

1.2 傳感器模塊

溫濕度傳感器模塊采用SHT10，其原理圖如圖2所示。

PH值傳感器原理圖如3所示。

氣壓傳感器采用SMALL-TYPE擴散硅芯體負壓變送器，如圖4所示。

整體電路圖由傳感器模塊、電源模塊、系統供電模塊組成。另外還有一個單獨的12V電源為MCGS觸摸屏供電，

2 系統程序流程設計

系統上電后，設備對各種數據自動初始化后，CPU開始循環采集傳感器的數據并將數據打包之后，通過MODBUS協議發送給上位機和MCGS觸摸屏，組態軟件對數據進行分析后送至個流程顯示，程序流程如圖5所示。

MCGS組態觸摸屏在接受到數據后，對數據進行整理和分析。如果數據異常觸摸屏上會直接顯示報警信息。

3 監控軟件設計

3.1 現場監控中心

MCGS嵌入式組態觸摸屏，具有生產過程界面和操作控制等多個人機界面，并采用動畫模擬整個生產過程，可更加逼真的顯示實際生產過程。MCGS觸摸屏主要分為歷史數據查詢界面、報警界面、生產流程顯示界面。

3.2 遠程監控中心

遠程監控模塊主要由沼氣實時數據顯示界面、數據存儲界面、家庭氣量用表分析界面組成。數據存儲界面主要是為了記錄生產過程中的所有數據以便發生問題時進行查看，軟件每過5s自動存儲一次數據，如圖7所示。

家庭氣量用表分析界面主要是記錄每個用戶使用的沼氣量的情況并計算所需繳納的費用。

4 結語

該文基于STC12C5A60S2為主控制器， 開發了一套沼氣安全生產過程監控系統，該系統提高了沼氣生產過程的自動化程度，MCGS嵌入式觸摸屏和MCGS組態軟件的應用使系統不僅可以處理生產過程的狀態信息，而且還可以實時記錄和統計沼氣生產過程的信息。MODBUS通信協議的使用解決了信息滯后和信息誤讀的問題使整個系統的運行更加穩定。系統工作時，自動進行遠程監控和故障檢測，節約大量的人力物力，減少了不必要的損失，同時提高數據的可靠性、實時性、高效性，保證沼氣生產過程安全和穩定的運行。

參考文獻

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