污水处理厂沼气报警系统设计

杨林

摘要：随着经济的飞速发展，被污染的水资源也变得越来越多，特别是一些小型企业环保意识薄弱。为保证污水处理厂的安全生产，笔者研发设计了一种新型的沼气报警系统。该设计采用MQ-2气体传感器和ATmega128单片机系统，利用RS-485总线进行通讯，通过MCGS软件对沼气进行实时的数据监控。

关键词：RS-485总线；单片机；传感器；MCGS

随着经济的飞速发展，被污染的水资源也变得越来越多，特别是一些小型企业环保意识薄弱。笔者研发设计了一种新型的沼气报警系统，该报警系统的优点是：正常的工作状态下，液晶显示屏可显示巡检路数、浓度值、单位、时间、报警总数、报警路数、故障总数、故障的具体路数（巡检方式显示）以及故障类型。

一、硬件选择方案（控制器）

控制器选用AVR单片机。AVR是单片机系列中最高性能的单片机，它具有更强的生命力。AVR单片机采用高级语言来编写系统程序，与传统的采用复杂指令系统的8051单片机体系不同的是，AVR单片机采用更适合中高档电子产品和嵌入式系统应用需要的精简指令系统。在使用高级语言时，会比AT89C52 码大小、性能及功耗进行优化，在前一条指令执行的时候就取出现行的指令，在一个时钟周期内可执行复杂的指令，因此可以说它是在8位单片机中第一个真正的RISC结构的单片机。AVR单片机就是通过使用RISC指令系统来简化单片机CPU的指令工能，使指令的平均执行时间缩短，从而提高CPU的性能和速度。避免了传统的8051单片机CISC指令系统存在的指令长度不等长、指令数多、CPU利用率低和执行速度慢等缺点。

AVR单片机具有较宽的工作电压范围，工作电压在1.8～6V之间，电源的抗干扰能力强；不再需要把芯片从系统上拆下来再使用专门的编程器来烧写程序，而是通过在线编程将编译好的目标程序直接烧写入Flash程序存储器。极大方便了程序的调试；I/O口驱动能力强，可以直接驱动LED；内置看门狗定时器，可以防止程序跑飞，提高产品可靠性。

所以经过论证，最终选择了ATMEL公司的ATmega128单片机， ATMmega128内部设有I/O通道，可以实现数字量的输入与输出，它还具有A/D转换功能，可以解决模拟量的输入问题。同时，ATMmega128还带有串口，可以跟计算机连接通信。ATmega128的I/O通道有32输入/输出及8个模拟通道，若通道不够还可以进行多块板子的扩展，所以选用ATmega128接口卡。

方案：选用其他型号的单片机

无论从单片机的资源，还是执行速度进行比较，ATmega128单片机都要比其它单片机性价比高，而且ATmega128单片机的价格还比其它单片机便宜。

根据以上方案的比较，最终我在本电路设计时采用了ATmega128芯片。

二、系统设计的主要原理

设计采用主从结构，主机由传感器、ATmega128单片机、显示器和声光报警装置组成，从机放在车间内，当气体浓度达到设定值时传感器会发送信号至主机。主机放在值班室内，当主机接收到信号时进行声光报警，并在数码管显示器上显示该车间的位置。主机和从机之间通过RS485总线连接在一起。PC机主机ATmega128 RS485总线及驱动传感器1传感器2传感器n。

三、硬件电路设计

污水处理厂沼气报警系统以单片机作为系统的中央处理器，完成传感器探测信号、对异常情况的判断和区域报警控制器（如图1）。

四、污水处理厂沼气报警系统软件设计

在整个软件设计过程中A/D转换是整个系统的桥梁，决定着系统输出能否实现。在本系统中用MCGS软件对沼气进行实时监控，当沼气浓度达到设定值时红灯亮。

参考文献：

[1]余永权.89系列FLASH单片机原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2000.

[2]石东海.单片机数据通信技术从入门到精通[M].西安：西安电子科技大学出版社，2002.

[3]朱大奇，等.单片机原理串口及应用[M].南京：南京大学出版社，2003.

[4]赵佩华.微型计算机原理与组成[M].西安：西安电子科技大学出版社，2003.

（作者单位：河南漯河技师学院）