仓库有害气体检测系统(附件)【字数：7076】
ine interaction module, control module. Formaldehyde detection module is used to collect formaldehyde data around sensor and transmit data to single chip microcomputer. Smoke detection module is used to collect smoke concentration around sensor and transmit data to single chip microcomputer. Compared with system preset smoke concentration and formaldehyde, alarm module is triggered if data is higher than preset value, and warehouse gas data is displayed through screen display module. In the human-computer interaction with the warehouse harmful gas detection system, the early warning value of formaldehyde gas and smoke concentration can be adjusted flexibly directly through the key, so that it can complete the task of warehouse harmful gas detection more flexibly.引言 2一、仓库有害气体检测系统硬件设计 4（一）单片机最小系统 4（二）气体数据采集电路设计 5（三）液晶屏显示电路设计 8（四）按键电路设计 10（五）报警指示电路设计 10二、系统软件设计 11（一）仓库有害气体检测系统的主程序的设计 11（二）液晶驱动子程序的设计 12（三）有害气体检测子程序设计 13（四）按键监控子程序的设计 14（五）报警程序设计 15三、 实物安装与调试 16（一）硬件调试 16（二）软件调试 17（三）实物调试 17总结 19致谢 20参考文献 21附录 22附录一 原理图 22附录二 元器件清单 23附录三 程序 24引言仓库有害气体检测系统发展背景 现在科技的飞速发展使得纺织领域也在不断地进步，所生产出来的纺织产品的产品放置的仓库的规格与要求也是越来越高的，大部分的化学纺织产品都是存在较多的甲醛，从气味上甲醛的气味是比较重的非常容易察觉，但是由于所存放纺织品的仓库并不是每个时间又有人看管的，因此若是出现了甲醛过高的情况，就会造成非常严重的经济损失，平时的检查人员通常是晚上巡逻的保安或者专业的质检人员。所以设计一款针对仓库的气体检测系统是有非常大的市场空间的，例如若是在仓库里面出现过高的甲醛就会发出警报，这样就可以有效的保证仓库的安全了。本篇论文所针对的仓库是存放纺织类的，其特点决定了其容易点燃，仓库若是面积过大里面出现火苗并不会很快的察觉，因此在气体检测的基础之上仍需要添加烟雾检测。本文的设计是基于STM32用于监测和报警甲醛与烟雾浓度的气体检测系统。仓库有害气体检测系统国内外的发展仓库内部会存储各种各样的物品，其中会有相当一部分的物品属于可燃物，再加上如果不经常整理，仓库内部堆积的物品会越发混乱。现在仓库的监督管理还是依靠管理员进行人工巡查，而仓库管理员由于素质不一再加上有可能相关的培训不到位，大概率会造成仓库存在安全隐患且无法及时发现和处理的现象。 仓库安全是供应环节中十分重要的一部分，因此仓库的安全性和可靠性非常的重要，同时仓库的面积是比较大、易燃物较多因此发生火灾的概率也是非常高的，单纯的靠人工值班不仅仅是安全性低同时其工作的效率也不高，因此良好的智能安全监控可以非常好的保证仓库的安全，同时也会非常大的降低人力的浪费，因此仓库有害气体检测系统国内外的发展是非常的大的。在仓库有害气体检测之外还需要对仓库的烟雾进行检测，因此需要安装一个24小时对仓库检测的烟雾报警器，这样可以一旦发现不对就会及时的发出警报正阳可以将火势及时的扑灭把损失降到最低。本课题所研究的内容 本课题设计的仓库有害气体检测系统，专门用于检测仓库内部的甲醛气体及烟雾浓度情况，再不进入仓库的情况下通过LCD1602点阵屏幕直观的了解仓库内部甲醛气体和烟雾情况，当仓库内部甲醛气体或者烟雾浓度到达预设值后，系统会触发报警系统提醒仓库工作人员做出适当的紧急处理。仓库有害检测系统的硬件部分设计时使用的都是现有的模块，模块分别用于 甲醛检测、烟雾浓度检测、显示数值、报警、按键等功能的实现。甲醛检测模块可以检测到环境中的甲醛含量并将收集到的数据传送至单片机，而烟雾检测模块用于收集传感器周围烟雾浓度并将数据传达给单片机，单片机会处理传感器传输过来的气体信号，并和系统预设烟雾浓度值还有甲醛值做对比，如果数据高于预设值则会触发报警模块，并将仓库气体数据通过屏幕显示模块显示出来。在与仓库有害气体检测系统进行人机交互时，可直接通过按键灵活调节甲醛气体和烟雾浓度的预警值，使其可以更加灵活的完成仓库有害气体检测的任务。一、仓库有害气体检测系统硬件设计（一）单片机最小系统本次设计的仓库有害气体检测系统选择了STM32作为本系统的单片机。仓库有害气体检测系统会对仓库内的气体数据进行收集，并将收集到的气体数据通过屏幕显示模块进行显示，如仓库内部的甲醛气体或烟雾浓度超出预设值则会触发报警系统。/图 1-1 仓库有害气体检测系统设计图仓库有害气体检测系统共分为硬件和软件两部分组成。仓库有害气体检测系统的使用的是STM32单片机作为系统的核心，通过ZP07气体传感器和MQ-2烟雾传感器来实现仓库内有害气体的检测，单片机会对数据进行比较并自行启动报警模块，按键模块可以自由灵活的设置气体报警值。仓库有害气体检测系统软件部分由系统主程序、有害气体检测程序、屏幕显示程序、报警程序、按键程序等构成。 图 1-2 单片机最小系统晶振电路可以为仓库有害气体检测系统提供定时操作，晶振是构成单片机的核心部件，晶振电路的硬件是由电容与晶振组成。晶振对于单片机的作用好比人类的心脏一样，晶振可以为单片机提供时钟频率，一般情况下晶振的时钟频率越迅速，单片机内部的运行速度就越快。/图1-3 晶振电路图（二）气体数据采集电路设计1、气体传感器基础知识设计的仓库有害气体检测系统重点时对仓库内部空间进行气体的收集和检测，市面上如果按照气敏特性来划分的话传感器主要分为电化学型、半导体型、固体电解质型、光化学型，其中市面上最常见并使用的的气体传感器为电化学型和半导体型。半导体型气体传感器的特质半导体传感器的阻抗装置由金属氧化物薄膜制作的，并且四周的气体分子可以在金属氧化物薄膜上经历还原反应，以此来改变半导体型气体传感器的导电率。半导体型气体传感器本身具有价格便宜、使用时间长、电路简单等优点。然而半导体型气体传感器还具有稳定性低、传感器性能高、气味检测性差等缺点。电化学气体传感器的特质电化学气体传感器使用电流变化监视方法来识别气体浓度。电化学气体传感器可以直接选择电源电源，也可以使用电池为其供电。电化学气体传感器拥有很好的灵敏度且稳定不错，但缺点是传感器的寿命并不长，只有大约两年。固态电解质气体传感器固态电解质气体传感器位于半导体型气体传感器和电化学气体传感器之间，固态电解质气体传感器具有较高灵敏性和较长的使用寿命，缺点是气体检测的时间过长。光学式气体传感器气体传感器的选择市场上有几种类型的光学式气体传感器，例如红外吸收型、荧光型等。气体传感器中的红外光谱光学是最重要的，也是最常用的一种，，它可以通过检测气体对红外波吸收情况来完成气体的检测。缺点是传感器造价过高。2、甲醛气体检测传感器本次设计的检测有害气体的仓库系统所用检测空气中甲醛成分的传感器是使用的ZP07型号的的半导体型气体传感器，ZP07可以检测空气中的甲醛、苯、二甲苯等，该产品特别敏感极其稳定，体积小巧其操作简单方便安装。图1-4 ZP07的半导体型气体传感器图1-5 原理图ZP073、烟雾浓度检测传感器 /图1-6 MQ-2烟雾传感器MQ-2烟雾传感器也属于半导体型的传感器，它会随着烟雾浓度变化改变电导率。检测到的烟雾浓度越大，烟雾传感器的导电率越高，导电率越强，传感器输出的信号也就越大。MQ-2烟雾传感器具有运行稳定、检测范围广、使用时间长等特点。 /图1-7 MQ-2烟雾传感器原理图本次设计的仓库有害气体检测系统通过MQ-2烟雾传感器检测仓库内部烟雾情况，当MQ-2烟雾传感器检测到仓库内烟雾浓度超出预设值时，会触发系统报警模块蜂鸣器开始预警。MQ-2烟雾传感器的端子4可以直接输送出直流信号，直流信号会随着四周的烟雾浓度的变化而变化，MQ-2烟雾传感器输送出的信号直接会通过比较器进行对比。当检测到仓库烟雾浓度较高，且输送出的电压也处于高电压时，比较器会输送出低电平，当检测到的仓库烟雾浓度较低，且输送出电压低的时候，比较器会输送出高电平。MQ-2在对接收的信号进行比较时只能产生高电平和低电平两种状态，当烟雾传感器MQ-2检测到仓库的烟雾浓度低于预设值时，比较器会输出高电平，当烟雾传感器MQ-2检测到仓库的烟雾浓度高于预设值时，比较器会输出低电平，所以想要收集仓库内的烟雾浓度数据，只需要对比较器信号进行采集即可。（三）液晶屏显示电路设计本次设计的仓库有害气体检测系统的屏幕显示模块使用的是型号为LCD1602的字符型液晶显示模块。LCD1602字符型液晶显示模块使用非常的广泛，常常被用于完成数字及字母还有符号的显示功能。产品具有体积小巧、稳定性高、占用I/O端口少等特征，安装驱动简单非常适合各种系统的开发。 /图1-8 LCD1602的字符型液晶显示模块LCD1602的字符型液晶显示共计有16个引脚，LCD1602的1号引脚负责与GND进行连接，LCD1602的2号引脚负责与VCC进行连接，LCD1602的3号引脚负责液晶显示的偏压信号，LCD1602的4号引脚至14号引脚负责连接STM32单片机的输出与输入。在进行仓库有害气体检测系统的屏幕显示模块设计时，使用了STM32单片机A0-A7端口和C端口进行连接。下图为LCD1602的电路设计图，其中15号引脚负责屏幕的电源，LCD1602的15号引脚负责接地。/图1-9 液晶显示模块原理图LCD1602字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字和符号等的点阵式LCD，常用16×1，16×2，20×2和40×2等的模块。 （四）按键电路设计仓库有害气体检测系统的人机交互模块其实就是按键电路，系统一共设置了3个功能按键 设置按键、调节加按键、调节减按键。设置按键用于选择需要调节的功能，点击一次即可进入甲醛预警值设置页面，再次点击即可进入烟雾浓度预警值设置页面。两个调节按键用来调节甲醛预警值或烟雾浓度预警值的加减。3个功能按键 设置按键、调节加按键、调节减按键。分别与STM32单片机的B12、B13、B14端口进行连接。功能按键的具体工作原理为，当各功能按键被触发后与之其相连的单片机引脚的电压会变低，STM32单片机会根据引脚的不同执行与之对应的程序。下图为按键电路图/图1-10 按键电路图（五）报警指示电路设计在设计仓库有害气体检测系统的报警功能是，使用了蜂鸣器作为甲醛和烟雾超出预设值的报警功能。当MQ-2烟雾传感器和气体传感器检测到的数值超出预设值时，必定会触发系统的报警电路。系统的报警电路有STM32单片机的G端口控制，当STM32单片机的G端口处于高电平时，报警电路将停止工作，STM32单片机的G端口处于低电平时，报警电路开始运转。如下图所示为仓库有害气体检测系统报警电路图。 /图1-11 报警电路图二、系统软件设计（一）仓库有害气体检测系统的主程序的设计本次设计采用的是STM32单片机构成仓库有害气体检测系统硬件，而仓库有害气体检测系统的软件部分则是在设计时主要通过主程序来调取选用各部分程序来实现的。系统软件部分程序有 系统初始化程序、甲醛检测程序、烟雾浓度检测程序、按键控制程序、屏幕显示程序、报警程序。/图2-1 仓库有害气体检测系统主程序流程图仓库有害气体检测系统供电运行时，会先对系统的各个模块进行一次初始化操作，确保检测系统内各参数都处于初始状态，随后系统对仓库内甲醛和烟雾浓度进行实时检测，按键控制程序会监测按键是否被按下，按键按下时单片机的引脚会变成低电平，与此引脚相对应的按键程序会启动，按键程序可以灵活的设置甲醛限值和烟雾浓度限值，主函数会检测传感器传回的数值是否有超出仓库有害气体检测系统设定的限值，当超出所设定的限值时将会启动报警程序。（二）液晶驱动子程序的设计本次设计的仓库有害气体检测系统数据显示的部分使用了LCD1602字符型液晶显示模块，仓库有害气体检测系统的显示系统设计时，首先完成一次初始化，设置写入命令，设置显示在屏幕上的坐标，使液晶显示屏显示对应的字符，字符有序显示一个接着一个直至全部显示出来。液晶显示屏显示程序设计图 图2-2 液晶屏程序流程图（三）有害气体检测子程序设计在对MQ-2烟雾传感器和甲醛传感器的程序进行设计时，需要首先给传感器进行一定时间的预热，因为传感器在长时间不接通电源的情况下，所以接通电源是没有办法正常采集四周的烟雾信息，预热完成后系统将开始进入检测状态。 /图2-3 有害气体检测程序（四）按键监控子程序的设计仓库有害气体检测系统的按键程序主要用来调节甲醛和烟雾浓度的预设值。按键程序会持续的扫描接口的变化，当接口变成低电平时识别出按键被触发，按键系统会根据触发的接口执行相应的子程序。为了防止按键系统扫描时出现误判，还为其设计了按键消抖的功能，通过对I/O的二次确认来确保准确性。按键程序会持续的扫描接口的变化，当两次的电平值不一样表明按键没有被按下，将检测到两次电平值一样时，则表明按键已经被按下。系统开始执行与这个按键对应的子程序 /图2-4 按键处理子程序（五）报警程序设计仓库有害气体检测系统的报警程序会在甲醛传感器或烟雾传感器的气体信号超出预设值触发报警程序蜂鸣器开始工作。仓库有害气体检测系统报警程序设计图/图2-5 报警程序流程图三、 实物安装与调试（一）硬件调试仓库有害气体检测系统的实物安装与调试主要分为3个步骤 硬件焊接前的检查工作和设备通电检查还有静态检查。在各硬件进行焊接之前须确保元器件及焊接设备是否齐全。仔细审查原理图并将各个元器件放置在相应的孔板上。一切准备就绪后开始仓库有害气体检测系统的焊接。焊接时需要使用的电烙铁应进行充分的预热，在各元器件焊接时避免出现虚焊的现象。在进行元器件之间的连线时，可以选择不同的颜色代表不同的线路，这样的布线可以方便后期的维护和保养。仓库有害气体检测系统在完成焊接后需要完成通电检查，查看设备在首次通电后检查设备有没有异常现象，如果设备出现发热、冒烟等现象需要立即将设备电源断开，并进行细致的排查。仓库有害气体检测系统的静态检查时需要在信号输入端添加固定电平，进行直流测试，用万用表，监控各个节点的电位结合电路分析，判断电路状态是否正常。（二）软件调试 仓库有害气体检测系统的软件调试主要分为2个步骤 软件程序调试和单片机实物调试。第一步 仓库有害气体检测系统软件使用KEIL4进行编写，在软件编写完成后进行调试和编译时根据软件的提示将错误的地方进行修改，确保系统的逻辑和语法没有错误。第二步 将仓库有害气体检测系统的软件进行编译，将编译好的HEX文件通过数据线烧录至单片机中，观察软件的各功能运行是否正常。（三）实物调试 仓库有害气体检测系统的实物调试部分需要完成系统各功能的展示，先给仓库有害气体检测系统进行供电，并电机电源开关。系统各功能调试结果如下1.液晶显示功能调试系统供电后液晶显示器是否可以正常显示初始页面，液晶显示器是否正常显示烟雾浓度数据及甲醛数据。图2-6 仓库有害气体检测初始界面2.人机交互功能调试点击系统的SET按键后，液晶显示页面开始切换到烟雾浓度报警预设值页面，再次点击SET按键后，液晶显示页面开始切换到甲醛报警预设值页面，再次点击SET按键回到主页面，在预设值页面时可以通过加减按钮自由调节预设值。图2-7甲醛报警预设值页面 图2-8烟雾浓度报警预设值页面3.报警功能调试先将将传感器的报警预设值降低，观察液晶显示页面的数值是否开始上升，当传感器的检测的数值超出预设值时，查看蜂鸣器是否进行正常报警。 图2-9 报警功能演示图总结通过独立自主的完成仓库有害气体检测系统的设计，让我深深的感受到了知识的重要，也认识到了专业知识和实践操作的不同。这进行仓库有害气体检测系统的设计时发现自己对所学的知识的运用还不时很熟练，可见我还有很多地方需要学习和提高。这次设计是对过去所学知识的系统提高和扩充的过程，今后我将不断加深理论基础和实践能力，希望自己在今后的工作学习中可以持续的进步。在进行仓库有害气体检测系统的设计时，对时间的安排不够合理整个系统存在不足之处，在以后的工作和学习中我一定严格要求，争取做好每一款设计。致谢美好的大学时光稍纵即逝，而我也将会在这个季节里和大学生活画上一个句号，虽然大学生活画上了一个饱满的句号，但对我人生而言这里也仅仅是一个不大不小的逗号，我将充满斗志重新启程去开始我人生的新篇章。大学的学业可以如此顺利的完成，多亏了师长和亲友们对我一路的支持和帮助，如若没有你们的支持我很难独自走过这段辛苦的旅程，在这论文完结之际，脑中不禁闪过一幕幕校园美好片段，难舍的心情不禁慢慢涌上心头。在这里我要感谢我的指导老师，谢谢您的辛勤栽培。我虽然不是您最出色的学生，但您却是是我最尊敬的老师。您的教学虽然严厉，但对待学生问题却都会细致解答。谢谢您对我的栽培，在后面的日子里我一定不忘您的教诲，继续努力。参考文献[1] 刘婷. 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