基于單片機的地下車庫一氧化碳監測系統設計

劉政

摘要：文章設計實現了一個基于單片機的地下車庫一氧化碳監測系統。該監測系統可自動搜集、記錄、顯示一氧化碳氣體的濃度數據，工作人員在電腦、手機、Pad、大屏中，可以隨時查詢環境數據，支持短信等報警功能。通過數據分析，可形成日、周、月、年歷史曲線圖，動態展現一氧化碳氣體濃度變化情況，各項監測數據可永久保存。在數據安全方面，數據可進行三重加密保存，安全存儲，穩定可靠。在數據導出方面，可隨時導出一氧化碳氣體濃度數據。經過最終測試，該系統可達到預期功能，可靈活配置管理需求并增加其它監測終端．

關鍵詞：單片機：地下車庫：一氧化碳監測：報警器

中圖分類號：TP212.6

文獻標志碼：A

0 引言

隨著汽車行業的迅速發展，幾乎每個家庭都擁有一輛汽車，這就造成地下車庫停放的汽車比較飽和，地下車庫一氧化碳中毒事件頻頻出現[1]。當發動機怠速運行時，由于汽油燃燒不充分，會產生含有大量一氧化碳的尾氣[2]。地下停車場屬于密閉環境，車輛進出比較頻繁，所排放的尾氣也不易排出，極易積累大量一氧化碳氣體，損害人身安全[3]。近年來，國家嚴加要求地下車庫一氧化碳濃度監測。在密閉環境中必須安裝排風系統，及時控制一氧化碳濃度，并對一氧化碳的含量做出定量要求。地下車庫一氧化碳含量長期應低于25 ppm，短期不應高于50 ppm[4]。但目前大部分車庫還沒有實現對地下車庫一氧化碳的實時監測，設計與實現一個地下車庫的監測系統具有非常重要的現實意義。

1 分析與設計

1.1 需求分析與總體框架

本文設計的地下車庫一氧化碳監測系統需要針對不同面積和不同區域的停車場設計氣體探測器，全面檢測地下車庫中一氧化碳的濃度值。該系統是由地下車庫局域網、軟件系統、串口服務器、氣體控制器、氣體探測器和風機組成的平臺。氣體探測器通過有線和控制器相連，控制器上可集中顯示各監測點濃度值。按照國家對地下車庫一氧化碳濃度的數據要求，當濃度超出數據時，應及時聯動排風系統，進行新鮮空氣的置換。

本系統通過對地下車庫的在線監測，能夠精確測量地下車庫內的一氧化碳氣體并采取有效措施減少一氧化碳在地下車庫的積累，減少一氧化碳對人身體健康的損害。

當氣體探測器監測到一氧化碳氣體時，氣體控制器發出報警信號并開啟風機，串口服務器接收控制器發出的報警信號并回傳至軟件系統。軟件系統收到報警信號后，通過地下車庫局域網把報警信息和數據傳輸至調度指揮中心，調度指揮中心通過網絡以短信的方式把一氧化碳監測信息發送到移動平臺。

調度指揮中心可以實時監控地下車庫的現場情況，并及時做好引導防范疏導。軟件系統可以顯示不同地下車庫的監測狀態，監測人員也可以通過監控設備了解地下車庫內的設備運行狀態。設計的監測系統的總體框架如圖1所示。

1.2

一氧化碳監測的技術分析

1.2.1 一氧化碳監測的探頭分析

一氧化碳氣體可用可燃氣探頭檢測。因為一氧化碳在空氣中達到一定的濃度會爆炸，但用可燃氣探頭只能測出其爆炸上下限，卻不能測出其濃度值，不能用于預防一氧化碳中毒，不適用于檢測一氧化碳泄露場所。

如要測一氧化碳的濃度值，本文需要采用專用的PPM級一氧化碳檢測儀，這樣才能測出一氧化碳在空氣中的PPM級別。如測微泄露就應選用專業PPM級一氧化碳檢測儀，量程為0-1 000/2 000;如測一氧化碳爆炸下限就應選可燃氣探頭，量程為0 - 100LEL。如果是一氧化碳庫區或其它無人場合，并主要以防止爆炸為檢測目的，則可選可燃氣探頭；同時，如想較精確檢測上述位置的一氧化碳濃度，可選（0-1000 ppm）。一氧化碳檢測儀的精度是量程的正負2%，工作環境濕度范圍是10% -95%RH。每個通道對應每個檢測儀的數值，必須采用一對一的顯示。單通道、雙通道和4通道的是實時數字顯示，并設計具備巡檢功能。8通道、16通道和總線制的控制主機有巡檢功能。

1.2.2

一氧化碳檢測儀的安裝

安裝在地下車庫的一氧化碳檢測儀，應距泄露源1m以內。由于地下車庫的泄露源比較廣泛，本文設計每隔2m安裝一個一氧化碳檢測儀，并保持安裝在距地下車庫的庫頂以下30 cm處。主機安裝在控制室內，要根據泄露點人員出現的頻率和停留時間，生產設備的新舊程度來選擇安裝數量，以期達到最佳的安裝效果。比如，電梯或樓梯口人員流動較大。特別注意防止高溫熱源的輻射，過高的溫度會降低傳感器的性能和使用壽命，所以一氧化碳檢測儀傳感器所在的黃色金屬外殼部分應朝向地面。

1.2.3

一氧化碳監測的報警設計

一氧化碳濃度監測儀監測所在地下車庫的一氧化碳濃度值。一氧化碳的最高允許濃度應不大于30 mg/m3（標準來自《GB50736-2012民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》）。當一氧化碳濃度值超過警戒值時，一氧化碳濃度傳感器將信號傳遞給一氧化碳濃度控制器。一氧化碳濃度控制器聯動風機配電箱內置開關量啟停模塊，打開排煙風機，排出車庫區域內超標的有毒氣體，一氧化碳濃度值將迅速下降至安全范圍。一氧化碳濃度值回歸安全值，由一氧化碳濃度控制器聯動風機配電箱內置開關量啟停模塊，關閉排煙風機，避免風機長時間運行，節約能源。

本文設計的一氧化碳監測報警裝置采用墻面型系列的F2000TSM-CO-A106。地下車庫的一氧化碳監測系統，具有報警功能和白校驗功能。為保證讀數的穩定性和可靠性，可選墻面安裝支架，方便安裝。該一氧化碳監測器和警報器專門用于檢測地下車庫的一氧化碳濃度，量程為0 - 500 ppm，壽命可長于3年，具有獨特的白校驗功能保證讀數的穩定性和可靠性。該系統在讀數方面，具備多點校準以保證讀數的準確性；采用Modhus RS485作為通信接口，報警聲音清晰響亮，在3m內可達75 dB．對于地下車庫的環境．75 dB的聲音已滿足要求：采用5V電源適配器，連接230 VAC供電，使用上安全方便。本文設計并安裝一臺一氧化碳控制器控制50臺一氧化碳氣體探測器，在一定程度上，可極大拓展一氧化碳檢測系統容量。

2 監測數據傳輸的實現

2.1 一氧化碳監測報警的工作流程實現

當一氧化碳氣體在空氣中達到一定濃度時，一氧化碳監測報警儀會立即發出聲、光報警信號。當探測器周圍空氣中一氧化碳濃度降低并消失后，探測報警器會自動停止報警聲響，紅色指示燈熄滅，探測器回到正常監測狀態，綠色指示燈發亮。本文設計實現的探測報警器采用與外接排風扇連接方式，在報警時能立刻自動打開排風扇，排除氣體，確保地下車庫的安全。其工作流程實現如圖2所示。

氣體報警控制主機用來集中顯示各監測點的一氧化碳濃度值并實現與排風系統的聯動。當一氧化碳濃度值超過預設報警值時，系統能夠自動報警或控制啟動排風系統。氣體報警控制主機一般安裝在值班室中，與檢測儀采用四芯線S485協議連接。主機內部要有繼電器報警開關量輸出用于控制排風系統。風機由報警控制主機聯動，當一氧化碳濃度超標時白動啟動風機：當一氧化碳濃度恢復正常時，風機自動停止。2.2數據可視化的程序實現

本文設計的地下車庫一氧化碳監測系統的數據統一由檢測儀采集，通過GPRS無線傳輸到遠程服務器，由遠端解析傳感器數據，保存到系統數據庫。在展示端搭建系統服務平臺，為數據展示提供必要的接口，由各類接口將統計數據返回給可視化大屏，實現數據實時展示。該監測系統的數據可視化主要由三大部分組成：數據采集、監測告警分析和監測數據報表、可視化。可視化的架構主要采用無代理模式C/S。

數據的收集方式，可以分為主動模式、被動模式、投遞模式。主動模式主要是從監測中心去監測儀獲取數據。被動模式是從監測儀向監控中心發送數據。投遞模式是向監測中心推送數據。本文采用投遞模式，因為這種模式，適合于時序數據庫的監測。具體實現的部分核心代碼如下：

#導入pyecharts庫

from pyecharts. charts import Bar， Line， Grid

from pyecharcs imporL options

province=['地下車庫A區'，'地下車庫B區'，'地下車庫C區'，'地下車庫D區'，'地下車庫E區']

datel=[10000，5000.5000.3000 .6000 .4321，6523，3424]

date2=[1200 .50 .43 .32 .75， 43 ，41 ，9]

bar=Bar（）#實例化柱狀圖對象

#畫柱狀圖

bar. add_xaxis（ province）

bar．add_yaxis（'人數'，datel）

bar．add_yaxis（'人數'，date2）

bar．set_global_opts（

Litle_opts= options. TilleOp（s（title='信息'）

本文在實現數據可視化時，需要做好數據分析。該數據分析的結果必須作為監測數據的來源。在這種情況下，監測數據采集，已經不是傳統意義的采集，而是融合了各種場景的數據采集，最終匯總為大數據處理，故監測系統的數據來源，需要各種專門的Agent軟件進行收集。數據可視化的實現，必須將濃度監控器放置于消控室，可以實時查看系統內全部一氧化碳濃度監測儀和一氧化碳濃度控制器的工作狀態和報警信息，并打印紙質報告，控制器的指示燈指示運行、通信、報警、故障、消音等。

3 結語

本文主要是基于STM32開發板設計并布線實現地下車庫一氧化碳監測系統。從安全和節能的角度出發，設計的系統可實現及時排風，從而避免一氧化碳的濃度超標：實時監測一氧化碳的濃度可實時控制排風的時間，從而節省能源，避免不必要的浪費。該系統在進行24小時實時監測一氧化碳氣體濃度時，可實現異常立即遠程上報故障信息，并連接安全管理部門。該系統具有數據可視化、多端數據查詢、自動告警、趨勢展現、永久存儲、數據安全、數據導出、靈活配置、圖形化設計、簡潔美觀的特點。該地下車庫一氧化碳檢測系統還可方便地移到新場所。

參考文獻

[1]陳振釗，林佳茵，黃淑芬，等．基于STM32的一氧化碳監測系統設計[J]．信息與電腦（理論版），2021（13）：65-67．

[2]王璐．煤礦安全監控系統中一氧化碳無線傳感器的設計與實現[J]．煤礦機電．2020（4）：5-8，12.

[3]王睿錚，曹文軍，李鵬．一款室內一氧化碳濃度監測通風系統設計[J]。電子世界，2021（9）：168-169．

[4]鄧娜．一氧化碳物聯網監測系統的設計及應用[J]．電信技術．2019（ Sl）：22-24．

（編輯姚鑫）