CN110264675A - 一种楼宇建筑内有毒气体远程监测和报警的控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种楼宇建筑内有毒气体远程监测和报警的控制系统，包括用于监测建筑内各种气体的浓度气体浓度监测模块：用于将气体浓度监测模块的信号含量进行量化的模数转换模块；用于监测建筑内实时温度的温度监测模块；按键电路模块：用于实现数字的输入；主控模块：接收各种模块的信息，进行处理；LCD显示模块：用于显示实时有毒气体浓度、室内的实时温度和当前时间；无线传输模块，将温度监测模块中的温度和气体浓度监测模块中监测的数值通过无线传输模块上传至上位机和个人终端；声光报警电路模块：用于发出声音报警信号；风扇排气驱动模块：用于感应主控模块传递来的信息，进行处理，本发明具有自主监测报警、自动排气的特点。

Description

一种楼宇建筑内有毒气体远程监测和报警的控制系统
技术领域
本发明涉及监测和报警技术领域，特别涉及一种楼宇建筑内有毒气体远程监测和报警的控制系统。
背景技术
随着工业水平的不断发展，空气质量逐年下降，我国空气质量有着逐渐恶化的趋势，为了提升空气质量水平，我国在清洁能源的开发方面逐渐重视，特别是天然气的推广应用，结合国家大力发展的“西气东输”工程，天然气行业在居民生活中有了巨大的发展空间。但随之而来的是室内燃气泄漏所导致的安全问题。
据国家公开的数据显示，楼宇建筑内空气中泄漏的有毒气体的体积含量达到整个环境下的0.06％，就会使人出现不适症状，例如头昏，四肢无力等；室内一氧化碳泄漏的体积浓度如果超过0.1％，人在这样的环境下待半小时的时间，就会产生昏迷的症状；如果泄漏浓度持续增加达环境中空气含量的0.4％时，人在这种情况下，逗留时长持续超过1个小时就会有中毒死亡的可能。因此，由于有毒气体泄漏产生的安全问题就不容忽视。
因此，无论是社会还是用户都希望拥有一种楼宇建筑内有毒气体远程监测和报警系统，从而实现了自动监控报警、自动排气的功能。避免家庭不必要的损失、工厂企业的财产安全，在减少人身损害的同时还保障了社会的稳定。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种楼宇建筑内有毒气体远程监测和报警的控制系统，达到自主监测报警、自动排气的目的。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种楼宇建筑内有毒气体远程监测和报警的控制系统，包括，
气体浓度监测模块：采用气体传感器，用于监测建筑内各种气体的浓度，该传感器内部使用的二氧化锡作为气体监测传导性的传感材料；
模数转换模块：用于将气体浓度监测模块的信号含量进行量化，使其成为单片机可以识别的数字信号的功能；
温度监测模块：用于监测建筑内实时温度；
按键电路模块：用于实现数字的输入，将各种气体，温度所需的限定数值进行输入；
主控模块：采用单片机为主控芯片，接收气体浓度监测模块、模数转换模块、温度监测模块和按键电路模块的信息，进行处理；与LCD显示模块内部的时钟电路相连从而保证单片机能稳定执行时许操作；与复位电路相连从而使运行程序迅速恢复；
LCD显示模块：用于显示实时有毒气体浓度、室内的实时温度和当前时间；
无线传输模块，将温度监测模块中的温度和气体浓度监测模块中监测的数值通过无线传输模块上传至上位机和个人终端，负责上位机和个人终端与下位机之间的数据传输；
声光报警电路模块：用于发出声音报警信号；
风扇排气驱动模块：用于感应主控模块传递来的信息，进行处理，当有毒气体浓度和建筑内温度不符合规定数值区域时，将安装在建筑物上的排气扇进行打开换气。
所述的LCD显示模块，采用LCD1602液晶显示屏，控制是通过单片机的P2.7、 P2.6、P2.5引脚分别与LCD1602的RS、R/W、E三个引脚的连接完成；
所述按键电路模块，第一次按下切换按键将切换至报警浓度值的设定，此时通过按下矩阵键盘的加或减按键对预设室内一氧化碳浓度值进行设定；再次按下切换按键时会进入预置短信发送号码的设置界面，此模式下可以使用矩阵键盘的0-9按键进行11位手机号码的输入，再次按下切换按键同样会进入第二个手机号码输入界面，当第四下按下切换按键时，会进入温度显示的模式，此模式下，单片机读取温度监测模块的温度执行并在LCD显示模块上进行显示。
所述声光报警电路模块，由蜂鸣器和三极管9012以及LED灯构成，当三极管基极接收到单片机P3.2口传来的低电平信号时，Vb<Ve发射结反偏，Vc近似等于Ve 电压，三极管导通，蜂鸣器发出报警信号，同时LED正向偏置导通，发出光亮闪烁信号。
所述主控模块，采用STC89C52可以兼容MCS-51的8位单片机，带有4K字节大小的可以自动编程的闪存；具备5个中断源且具有可以编程的串行口通道；所述的主控模块中驱动时钟电路和复位电路的运行；通过接收到的信号，控制排气扇和声光报警电路模块的运转。
所述气体浓度监测模块中，传感器具有六个引脚，其中1、2、3引脚主要连接电源正极5V电平，为传感器进行供电的引脚；引脚5连接一个4.7Ω的电阻进行接地处理，引脚4、6一边连接1K电阻接地，另一边连接ADC0832的CH0通道，被执行模拟信号的传输。
所述的温度监测模块中，测量温度的范围在-55℃至+125℃。在使用过程中只需要将该电路的电源VCC和GND与单片机电源相连接，同时其控制引脚DQ与单片机的P2.0引脚连接，通过对其时序进行编程操作，可实现温度传感器的读写实现。
自测模块，用于监测系统的主控模块各个端口的引脚是否正常，对硬件电路进行测试。
在自测模块中，采用流水灯测试实验，用于监测主控模块与各个模块硬件电路，以及监测主控模块各个端脚的状况。
所述的无线传输模块中，集成了RS232的接口以及可插拔的SIM卡，模块主要由六部分组成：包括GSM基带的处理器、GSM通信射频模块、可提供供电的模块((ASIC)、闪存FLASH、ZIF连接器、外部天线接口。
所述的模数转换模块中，选用ADC0832作为从传感器监测气体信号采样的模数转换器，这种转换器件具有8位分辨率，最高分辨率为256级，可以用于普通的的模拟量转换场合中使用，选用CS、CLK引脚分别连接单片机的P2.4与P2.3引脚，
ADC0832的DI和DO端是进行相互传达信息的功能，并与微控制器的接口是相互贯通，将这两个引脚连接在一起与单片机的P2.2引脚相连。
本发明的有益效果；
实现整体系统监控。管理层可通过上位机的远程监控和智能管理，对数据进行处理分析。实时掌握用户安全信息，从而实现监控整体系统。
实现自动式远程监测报警功能。加入无线传输模块，将预警信号实时传送给管理层及用户，从而实现远程数据监控传输功能，并通过无线传输模块实现远程监测报警。
附图说明
图1为本发明的系统硬件结构框图。
图2为本发明的复位电路图。
图3为本发明的气体浓度监测电路图。
图4为本发明的显示电路的接线图。
图5为本发明的按键电路的功能图。
图6为本发明的声光报警电路图。
图7为本发明的测温电路图。
图8为本发明自测模块电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明。
为本发明的一种楼宇建筑内有毒气体远程监测和报警的控制系统，使用C语言作为控制器件STC89C52单片机的编写程序，采用MQ-7传感器监测空气中有毒气体的成分，经模数变换送往单片机执行，准确地探测出室内有毒气体的浓度，及时发出声光报警，并将泄漏点信息发送至数据管理中心和个人终端，同时控制打开排气扇通风，及时降低的室内有毒气体浓度。
如图1所示，为本发明的系统硬件结构框图。主要包括主控电路、显示电路、按键电路、声光电路、测温电路、气体浓度监测电路和通讯电路等。本发明采用了基于STC89C52单片机的主控芯片，使用MQ-7气体传感器监测气体的浓度，实现了对室内燃气泄漏点的监测，用MQ-7传感器与ADC0832结合传输到单片机监测气体的方式，单片机接收到气体报警信号时，会在LCD1602将所监测到的煤气数值显示，通过按键实现显示的切换与预设短信号码的设置，程序预置了两个短信号码，需要用键盘实现手机号的输入，并将预置参数短信通过GSM通信模块进行预置号码的短信发送，若浓度超过标准值，单片机发出声光报警信号，驱动声光报警模块发出警示，打开排气扇，使室内空气达到疏通，同时设置了一个温度传感器，可实时监测室内的温度变化，防止因高温引起的煤气爆炸事故，从而使系统的功能更加完善。
如图2所示，为本发明的复位电路图。复位电路在单片机运行中主要执行复位的功能，一旦单片机运行出错，按下复位开关，可将单片机运行程序迅速恢复。
如图3所示，为本发明的气体浓度监测电路图。MQ-7传感器具有六个引脚，其中1、2、3引脚主要连接电源正极5V电平，为传感器进行供电的引脚；引脚5连接一个4.7Ω的电阻进行接地处理，引脚4、6一边连接1K电阻接地，另一边连接ADC0832 的CH0通道，被执行模拟信号的传输。在使用中，一旦空气中的一氧化碳与浓度上升，导致传感器内部气敏材料的电导率发生变化时，引脚4、6会发出相应电平信号被ADC0832采样执行过程中所接收到，通过ADC0832的模拟信号到数字信号的变换，最终传到控制中心单片机中，至此气体监测功能得以实现，后续执行将在后续模块实现中接着介绍。
如图4所示，为本发明的显示电路的接线图。采用了STC89C52单片机控制 LCD1602完成对于监测的显示。其中二者之间的控制是通过单片机的P2.7、P2.6、 P2.5引脚分别与LCD1602的RS、R/W、E三个引脚的连接完成实现的。然后根据读取 LCD1602的时序图，在通过单片机程序给三个引脚发送相应电平信号后，LCD1602执行相应的读写操作，并将根据程序预设的指令进行光标界面的显示。系统上电运行后，LCD1602显示两行界面，本设计中令LCD可切换四个界面，其中第一个界面为当前浓度与设定浓度界面，第二、第三个界面为预置手机号设置界面，第四个界面为当前温度显示界面，四个界面的切换是通过矩阵键盘的切换按键进行实现的。
如图5所示，为本发明的按键电路的功能图。按键的功能是进行人机交互，以及对LCD的画面进行切换。系统上电运行后，第一次按下切换按键将切换至报警浓度值的设定，此时通过按下矩阵键盘的加或减按键对预设室内一氧化碳浓度值进行设定；再次按下切换按键时会进入预置短信发送号码的设置界面，此模式下可以使用矩阵键盘的0-9按键进行11位手机号码的输入，再次按下切换按键同样会进入第二个手机号码输入界面，当第四下按下切换按键时，会进入温度显示的模式，此模式下，单片机读取温度传感器的温度执行并在液晶屏上进行显示。本设计中采用的4 ×4矩阵键盘完成的主要功能有，进行监测气体浓度上限报警值的设置，通过键盘设置一个气体报警浓度值，如果当前的室内气体泄漏浓度超过设定值时，单片机进行判断并执行相应的声光报警操作；同时进行预置手机号码的输入，当发生煤气泄漏与时，发短信到指定号码，完成远程监控功能。
如图6所示，为本发明的声光报警电路图。主要由蜂鸣器和三极管9012以及LED 灯构成，当三极管基极接收到单片机P3.2口传来的低电平信号时，Vb<Ve发射结反偏，Vc近似等于Ve电压，三极管导通，蜂鸣器发出报警信号，同时LED正向偏置导通，发出光亮闪烁信号。
如图7所示，为本发明的测温电路图。测温四电路主要采用了DS18B20作为系统监测现场温度的传感器，其具有与单片机进行通信的一线接口设计，可以在分布式现场监测温度的环境中也能很好的工作使用，在使用过程中只需要将该模块的电源VCC和GND与单片机电源相连接，同时其控制引脚DQ与单片机的P2.0引脚连接，通过对其时序进行编程操作，可实现温度传感器的读写实现。
如图8所示，为本发明自测模块电路原理图。采用流水灯测试实验，主要是用于监测主控核心系统与程序下载模块硬件电路，以及对主控核心系统各端口引脚的状况的监测。
本发明改变传统单点式监测模式。在传统的基础上加入了以MCS51单片机为主控的芯片，实现了监测分布多点式具体泄漏位置。
实现智能监测，提高监测和预警能力。采用了MQ-7气敏元件作为有毒气体监测电路的核心元件，它能将与气体种类和浓度有关的信息转换成模拟信号。不仅使整个监测系统的灵敏度、稳定性、响应和恢复时间的性能得以提升，而且极大的控制了生产成本。
应用智能切换模块，实现数据采集分析，通过按键实现显示的切换，并将参数通过ENC28J60网络模块进行上位机上传监测，若浓度超过设定标准值，系统则做出相应的警报反馈。

Claims (10)

1.一种楼宇建筑内有毒气体远程监测和报警的控制系统，其特征在于，包括，
气体浓度监测模块：采用气体传感器，用于监测建筑内各种气体的浓度，该传感器内部使用的二氧化锡作为气体监测传导性的传感材料；
模数转换模块：用于将气体浓度监测模块的信号含量进行量化，使其成为单片机可以识别的数字信号的功能；
温度监测模块：用于监测建筑内实时温度；
按键电路模块：用于实现数字的输入，将各种气体，温度所需的限定数值进行输入；
主控模块：采用单片机为主控芯片，接收气体浓度监测模块、模数转换模块、温度监测模块和按键电路模块的信息，进行处理；与LCD显示模块内部的时钟电路相连从而保证单片机能稳定执行时许操作；与复位电路相连从而使运行程序迅速恢复；
LCD显示模块：用于显示实时有毒气体浓度、室内的实时温度和当前时间；
无线传输模块，将温度监测模块中的温度和气体浓度监测模块中监测的数值通过无线传输模块上传至上位机和个人终端，负责上位机和个人终端与下位机之间的数据传输；
声光报警电路模块：用于发出声音报警信号；
风扇排气驱动模块：用于感应主控模块传递来的信息，进行处理，当有毒气体浓度和建筑内温度不符合规定数值区域时，将安装在建筑物上的排气扇进行打开换气。
2.根据权利要求1所述的一种楼宇建筑内有毒气体远程监测和报警的控制系统，其特征在于，所述的LCD显示模块，采用LCD1602液晶显示屏，控制是通过单片机的P2.7、P2.6、P2.5引脚分别与LCD1602的RS、R/W、E三个引脚的连接完成。
3.根据权利要求1所述的一种楼宇建筑内有毒气体远程监测和报警的控制系统，其特征在于，所述按键电路模块，第一次按下切换按键将切换至报警浓度值的设定，此时通过按下矩阵键盘的加或减按键对预设室内一氧化碳浓度值进行设定；再次按下切换按键时会进入预置短信发送号码的设置界面，此模式下可以使用矩阵键盘的0-9按键进行11位手机号码的输入，再次按下切换按键同样会进入第二个手机号码输入界面，当第四下按下切换按键时，会进入温度显示的模式，此模式下，单片机读取温度监测模块的温度执行并在LCD显示模块上进行显示。
4.根据权利要求1所述的一种楼宇建筑内有毒气体远程监测和报警的控制系统，其特征在于，所述的声光报警电路模块，由蜂鸣器和三极管9012以及LED灯构成，当三极管基极接收到单片机P3.2口传来的低电平信号时，Vb<Ve发射结反偏，Vc近似等于Ve电压，三极管导通，蜂鸣器发出报警信号，同时LED正向偏置导通，发出光亮闪烁信号。
5.根据权利要求1所述的一种楼宇建筑内有毒气体远程监测和报警的控制系统，其特征在于，所述的主控模块，采用STC89C52可以兼容MCS-51的8位单片机，带有4K字节大小的可以自动编程的闪存；具备5个中断源且具有可以编程的串行口通道；所述的主控模块中驱动时钟电路和复位电路的运行；通过接收到的信号，控制排气扇和声光报警电路模块的运转。
6.根据权利要求1所述的一种楼宇建筑内有毒气体远程监测和报警的控制系统，其特征在于，所述气体浓度监测模块中，传感器具有六个引脚，其中1、2、3引脚主要连接电源正极5V电平，为传感器进行供电的引脚；引脚5连接一个4.7Ω的电阻进行接地处理，引脚4、6一边连接1K电阻接地，另一边连接ADC0832的CH0通道，被执行模拟信号的传输。
7.根据权利要求1所述的一种楼宇建筑内有毒气体远程监测和报警的控制系统，其特征在于，所述的温度监测模块中，测量温度的范围在-55℃至+125℃。
8.根据权利要求1所述的一种楼宇建筑内有毒气体远程监测和报警的控制系统，其特征在于，自测模块，用于监测系统的主控模块各个端口的引脚是否正常，对硬件电路进行测试；在自测模块中，采用流水灯测试实验，用于监测主控模块与各个模块硬件电路，以及监测主控模块各个端脚的状况。
9.根据权利要求1所述的一种楼宇建筑内有毒气体远程监测和报警的控制系统，其特征在于，所述的无线传输模块中，集成了RS232的接口以及可插拔的SIM卡，模块主要由六部分组成：包括GSM基带的处理器、GSM通信射频模块、可提供供电的模块((ASIC)、闪存FLASH、ZIF连接器、外部天线接口。
10.根据权利要求1所述的一种楼宇建筑内有毒气体远程监测和报警的控制系统，其特征在于，所述的模数转换模块中，选用ADC0832作为从传感器监测气体信号采样的模数转换器，这种转换器件具有8位分辨率，最高分辨率为256级，可以用于普通的的模拟量转换场合中使用，选用CS、CLK引脚分别连接单片机的P2.4与P2.3引脚，ADC0832的DI和DO端是进行相互传达信息的功能，并与微控制器的接口是相互贯通，将这两个引脚连接在一起与单片机的P2.2引脚相连。
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