煤气罐仓库环境监控系统设计概述.doc
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1、煤气罐仓库环境监控系统设计概述692020年4月19日文档仅供参考摘 要随着工业水平和科技水平的提高,人们越来越多的开始关注安全问题,特别是日常生活实用的煤气存储问题,近年来每年都会有这样的报道,由于煤气泄漏造成的人员伤亡和财产损失。尽管市场上已经存在一些煤气警报器,可是简单的报警无法从根本上解决问题,无法及时的自动的处理险情而且报警寻求帮助。当前互联网、物联网已经成为大势所趋,因此本文介绍了一个基于局域网络的煤气监控系统,该系统以STM32F103ZET6为核心,采用TCP/IP协议,利用下位机的WIFI模块,经过局域网将检测到的信息实时传输给上位机。该系统下位机配以煤气传感器、温湿度传感器
2、、WiFi传输模块、排风扇、TFT_LCD显示模块等,上位机为以C+为基础的MFC编程,利用VC+6.0平台,建立可视化窗口,完成对下位机传输数据的实时显示,及时了解煤气罐存储的环境信息,实时检测煤气是否发生泄漏,气体存储的条件是否适宜。该系统可完成对煤气浓度的采集,显示,数据处理,声光报警,控制执行机构等功能,同时还对煤气存储的条件进行监控,确保气体在存储时环境适宜。本系统对煤气的检测利用的是半导体气敏元件MQ_2气体传感器,MQ_2气体传感器使用的气敏材料,这种气敏材料是电阻值较高的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时,传感器的电阻值随空气中可燃气体浓度的增加而减小。使用
3、简单的电路即可测量,其原理是将电阻值的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。存储环境的检测采用DHT11传感器,该传感器包括一个电阻式感湿元件,还有一个NTC测温元件,能准确对存储环境的温湿度进行测量。该系统集成度高,可靠性好,工作稳定,信息传输安全可靠,实时性好,操作简单方便,便于煤气罐存储环境的监测。关键词:局域网;C+上位机;液化气浓度检测;气体环境检测;abstractWith improvement of industrial level and the level of science and technology, more and more people began to a
4、ttention to security issues, especially in the daily life and practical gas storage problems, in recent years every year reported due to a gas leak caused casualties and property losses. Although there are some gas alarms on the market, but the simple alarm can not fundamentally solve the problem, c
5、an not be timely automatic handling of dangerous situations and the police to seek help. The Internet, Internet has become the trend of the times. Therefore, this paper introduces the a gas monitoring system based on local area network, the system stm32f103zet6 as the core, the use of TCP / IP proto
6、col, usingWiFi module of the lower position machine, through the LAN will detect information real-time transmission to the host computer.The hypogynous machine to gas sensors, temperature and humidity sensors, WiFi transmission module, exhaust fan, TFT LCD display module, PC is in C + + is based on
7、the MFC programming, using VC + + 6.0 platform, a visualization window, on the lower position machine data transmission real-time displaying, timely understanding of the gas storage tank of environmental information, the real-time detection of the gas leak, gas storage suitability. The system can co
8、mplete the acquisition of gas concentration, display, data processing, sound and light alarm, control the actuator and conditions of gas storage monitoring, ensure that gas is stored in a suitable environment.The system of gas detection and use of the semiconductor gas sensor MQ_2 gas sensor, MQ_2 g
9、as sensor using the gas sensitive material is in the clean air resistance of the higher value of two tin oxide (SnO2). The change of the resistance value can be converted into an output signal corresponding to the gas concentration by using a simple circuit. The DHT11 sensor is used for detecting th
10、e storage environment, the sensor comprises a resistive sensor and a NTC temperature measuring element, which can accurately measure the temperature and humidity of the storage environment.The system has the advantages of high integration, good reliability, stable operation, reliable information tra
11、nsmission, good real-time performance, simple operation and convenient monitoring of the storage environment of the gas tank.Keywords: local area network; C+ host computer; liquefied gas concentration detection; 目 录第一章 绪论11.1课题研究的背景1 1.2 煤气罐存储安全研究的意义2第二章 煤气罐仓库环境监控系统总体方案设计32.1煤气罐仓库环境监控系统设计的总体原则32.2 煤
12、气罐仓库环境监控系统设计的基本功能32.3煤气罐仓库监控系统元器件选取原则4第三章煤气罐监控系统硬件电路设计63.1 煤气罐仓库监控系统系统硬件总体框图63.2 STM32单片机的特点及应用63.3 系统检测装置简介83.3.1 烟雾传感器MQ-283.3.2 温湿度传感器 DHT1193.3.3 12位AD转换123.4 通信及显示模块133.4.1 显示模块133.4.1.1 TFT-LCD133.4.1.2 可变静态存储器FSMC153.4.2通信模块ESP8266163.5 电源转换电路183.6 通风报警电路19第四章 煤气罐仓库环境监控系统软件设计214.1煤气罐仓库环境监控系统下
13、位机设计214.1.1下位机程序设计思路及流程图214.1.2下位机通讯协议TCP/IP254.1.3下位机环境信息检测及传输274.2煤气罐仓库环境监控系统上位机设计294.2.1上位机编写平台及语言简介294.2.2 上位机编程语言的简介314.2.3 上位机功能及实现32第五章结论与展望395.1结论395.2展望39致谢41参考文献42第一章 绪论1.1课题研究的背景煤气的应用由来已久,而且在国民生活中占着很大的比例,虽然进入21世纪,电力的应用在生活中的逐渐扩张开,可是液化石油气的应用依然是人类生活不可或缺的一部分,液化石油的应用较农村传统使用的木柴更加保护环境,其利用率,燃烧效率都
14、比较高效,可是,随着生活标准的逐渐提高,各种各样的液化气使用装置慢慢走入人类的视野,但其中也伴随着一些安全隐患,时常有人因为煤气泄漏,或者煤气使用装置不合格发生火灾,甚至爆炸,长期危险着人类的生命安全。随着人类对煤气的使用,对于煤气传输安全,使用安全,一直进行着不懈的努力,例如,利用现代技术生产的管道检测机器人,它是一种针对煤气管道传输过程中,气体泄漏检测,管道内部修理,清洁作业的小型机器人,保障了气体传输的安全性,使气体传输更加安全化。这不但减少了人力的投入,节约了成本,更加保证了使用的安全。针对家庭使用煤气罐,有时正在做饭时,忽然煤气使用完了,导致做饭不得终止,于是便有了,煤气罐存量检测计
15、,经过压力传感器,检测出空罐是的重量,再次检测出充满液化气的罐子的重量,经过多次数据分析,测出罐内气体的容量,并在显示器上进行显示,是主人随时随地都能够了解气体的剩余量。这样使用起来更加方便,当煤气使用殆尽的时候,主人能够及时冲液化气。这些都是对于液化气使用过程中的安全性,简便性的不懈探索。从煤气的产生到煤气的使用,伴随着很多技术的改革。人们从开始简单的对石油气进行收集利用,到现在大规模的传输,其中国内最大的气体传输就是西气东输,西起塔里木盆地,东至上海。这是一个惠及民生的基础建设工程,它的建立使自动化控制技术在煤气传输中再次得到了提高,西气东输改进了人类 利用能源的结构,使得大量的天然气从西
16、部地区传输到东部,解决了东部燃气不足的问题,气体的运输就要考虑安全性问题,因此在其中自动化检测技术便得到了广泛的应用,对于管道的焊接,使用自动化技术进行管道检测,查看是否有焊接漏洞,对气体传输是的泄漏提早预防。对于气体的存储,像传统的化学用品一样,大都采用安全的防护措施,可是缺乏自动控制应用,还是对安全性提出了一定的挑战,例如天津发生的化学品爆炸事件,如果利用自动化技术对其进行监管,使得险情提前发现,会在一定程度上减少人民财产损失,降低事故率,对于国内现在煤气罐的存储,大部分情况下还是采用人力看管为主,白天在操作工人的监管下进行,但工人下班之后,就会出现无人监管的情况。这种现象对煤气罐的存储产
17、生了安全隐患,事故的而发生往往就在一瞬间,因此对于人力的监控,不能实时的到控制,这就需要一套自动化控制装置,来完成人力的不足,做到控制实时性,保证煤气罐仓库的存储安全。1.2 煤气罐存储安全研究的意义国内外对于液化气的传输还有使用时都进行了各种安全保护,本文煤气罐仓库环境监控系统针对煤气在存储过程中可能发生的泄漏事件进行了研究,确保煤气存储的安全,避免灾难的发生,降低由于疏忽为题导致的事故率。21世纪,进入到互联网时代,本文的煤气罐仓库环境监控系统,紧跟时代的潮流,摒弃了传统利用线路进行传输的麻烦,利用局域网,经过WIFI模块进行监控数据的传输,上位机对仓库煤气罐仓库存储的环境信息进行实时的监
18、控,确保在存储的过程中,发生煤气泄漏提早采取补救措施,使煤气罐在存储时待在一个适宜的温度。尽可能保护存储的安全,减少隐患的发生。煤气罐仓库环境监控系统的使用较传统的人工监测更加安全,解放了劳动力,减少了存储时所消耗的费用,重要的是排除了人力监测的误差,是煤气存储更加安全。第二章 煤气罐仓库环境监控系统总体方案设计2.1煤气罐仓库环境监控系统设计的总体原则煤气是一种易燃易爆的危险气体,它的存储至关重要,如果处理不当,可能会引发严重的安全事故,对人民群众的生命安全存在隐患。因此煤气罐仓库的监控系统要充分考虑存储的安全性。对于气体的存储,一般采用压缩气体的方法,将大量气体压缩到罐体当中,使得罐体内部
19、压强是外部气压的数倍,如果存储环境中发生火灾,或者存储的气体发生泄漏,导致煤气罐发生爆炸,那么煤气罐仓库的工作人员将有生命危险。 因此煤气罐仓库监控系统设计的主要原则是:安全性原则、稳定性原则,实时性原则。2.2 煤气罐仓库环境监控系统设计的基本功能该系统是基于ARM的STM32f103ZET6的煤气罐环境监控系统,体统总体的布局包括两部分,一部分是下位机的信息采集部分,对系统需要收集的煤气浓度、温湿度进行采集,第二部分是上位机,上位机采用VC+6.0开发环境,在VC+6.0开发环境上,利用C+开发语言,采用微软的windows API函数集成库MFC进行窗口平台的开发,上位机开发页面及显示和
20、控制于一体,对于煤气罐存储环境进行实时准确了解。下位机采集信息包括液化气气体浓度、存储仓库的气体湿度、温度。由于主控板采用STM32F103ZET6,该芯片包含112个外部引脚,78个外部中断,8路定时器,2路AD转换等。STM32F103ZET6强大的处理能力以及内部众多的外设使得系统的开发更加简单。气体浓度检测使用MQ_2气体传感器,MQ_2气体传感器使用的气敏材料,这种气敏材料是电阻值较高的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时,传感器的电阻值随空气中可燃气体浓度的增加而减小。使用简单的电路即可测量,其原理是将电阻值的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。存储仓库环境的
21、检测采用DHT11传感器,该传感器包括一个电阻式感湿元件,还有一个NTC测温元件,能准确对存储环境的温湿度进行测量。下位机采集到检测信息后,经过单片机处理,和预设气体浓度进行比较,当气体浓度大于预设值,启动排风扇,降低液化气浓度,同时提醒操作人员检查存储仓库内的液化气是否泄漏,对危险信号进行处理。下位机采集到的信号,由WiFi模块,经过局域网,将测量值传输到上位机,进行显示,上位机实时准确的显示仓库环境温度,是整个液化气存储仓库更加安全可靠2.3煤气罐仓库监控系统元器件选取原则煤气罐仓库监控系统要使用的元器件主要有主控芯片STM32F103ZET6、气体检测模块MQ_2、温湿度检测模块DHT1
22、1、WIFI模块ESP8266、显示模块TFT_LCD。对于煤气罐监控系统元器件的选取原则,主要是确保煤气罐存储的稳定性,以及监控系统开发的经济性原则,使系统安全高效的进行。对于主控芯片,采用STM32F103ZET6,因为这款芯片处理速度快,一般情况下其时钟频率是72MHZ,而且其内部资源众多,拥有多个串口、定时器、FSMC等资源,而且其使用的是3.3V电压,内部功耗可控。相对于其它控制装置,比如PLC,其适合开关逻辑控制,具有众多的I/O接口,也支持模拟量的输入,但其体积庞大,运算速度低,即使抵挡的S7-200组装成一个系统也要千元以上,而且其主要应用场所是进行开关量逻辑控制,对于冶金、印
23、刷等流水线控制具有良好的性能,但对于检测装置却不理想。DSP处理速度快,其性能和STM32F103ZET6一样卓越,但其外部电路构造复杂,产品开发周期长,不适合作为煤气罐监控系统的主控芯片。由于煤气罐监控系统使用局域网发送信息,在单片机系统中,实现联网需要使用WIFI模块,对于WIFI模块的选择,本系统选择了ESP8266,因为ESP8266采用AT指令,利用串口进行通讯,使得程序的开发难易程度降低,开发周期减小,而且ESP8266模块传输速率快,传输距离远,支持三种模式,对于开发物联网模式的系统,是首选。而且ESP8266其电源采用的是3.3V供电,其AT指令也是一3.3V的规格定义高低电平
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