1、敬请登录网站在线投稿（）年第期 的有害气体云数据库远程检测系统设计吴自玉，钟安德，谢宗效，毛玉明，杨留方（云南民族大学 电气信息工程学院，昆明 ）摘要：针对传统的 有害气体检测装备无法实现对气体数据的保存及远程检测功能的问题，设计了一种结合单片机、无线通信、上位机和数据库技术的有害气体检测系统。该系统采用 单片机，结合辅助模块 气体传感器和 无线模块等设备作为下位机数据采集装置，通过无线模块把数据上传至上位机，实现了对监测空间中的甲苯、甲醛等 有害气体的检测及其数据上传至 云端数据库进行永久保存的功能。关键词：；中图分类号：；文献标识码：，（，）：，：；引言随着我 国 经 济 的 发 展，大
2、气 污 染 问 题 日 趋 严 重。作为大气污染的主要元素之一，已经引起密切关注。（，挥发性有机化合物）是石油化工、制药、印刷、制鞋、喷漆等行业最常见的排放污染物。该类有机物大多具有毒性，部分已被列为致癌物（如氯乙烯、苯、多环芳烃等）。在线监测 是掌握排放及治理情况、全面加强 污染防治工作的基础。目前主要的有害气体检测设备分为便携式和固定式有害气体检测仪，分别在移动性和连续性检测方面有一定的优势，但在有毒有害气体监控领域，更需要一款能够实现联网监控、实时数据探测和处理等功能的检测设备。本文设计的检测系统采用 气体传感器采集空气中有害气体数据，单片机处理数据并由 无线模块传至上位机软件显示绘制波
3、形图，并且上位机软件同时把数据存储到云端 数据库进行永久保存，为了应对不同监测空间，上位机软件还可人为设置报警监测阈值。因此，监控人员无需当场检测即可通过上位机和云端数据库实时查看和管理数据，顺应了智能化、云端化的万物联网趋势。下位机检测系统设计系统采用 单片机作为 ，通过与气体传感器、无线模块等设备有效结合构成气体浓度数据采集的下位机，与 端的上位机配合构成一个能实时监测 空 气 中 浓 度 的 智 能 气 体 监 测 设 备。通 过 单片机不断响应气体传感器的数据信号，对其采集的数据进行滤波、放大、转换等处理，同时使能无线模块将采集的实时数据发送至上位机中，使得监测人员能够便捷、直观地得到
4、监测空间的实时气体浓度数据。当监测空间的气体浓度超过阈值时，上位机软件会对相应数据进行报警处理。整个系统流程如图所示。年第期 图系统流程框图 下位机系统硬件设计气体传感器本文 选 用 气 体 传 感器，可以灵敏 地 检 测 甲 苯、甲 醛 等 气体，其检测精度可达 位，工作温度为 ，工作电压为，集成可编程的增益放大器，十分适合在本系统气体检测的空间中使用。传感器模块电路如图所示，输出的电压值经过放大器运算电路即可得到具体的气体浓度数值，再传入单片机进行分析。图 传感器模块电路单片机本文选取意法半导体公司生产的 单片机作为整个硬件系统的主控制器。运行频率为 ，具有每百兆赫兹 的运算性能，具有 ，
5、内部有 的高速石英晶体振荡器与 用于 时钟的石英晶体振荡器。该处理器体积小、功耗低、处理数据速度快，能够满足本系统的需求。无线模块本系统的无线数据传输模块采用 ，实现下位机检测系统与上位机软件的数据互联。该模块与 单片机串口进行交互，采用 电压供电，图为 模块与单片机的连接电路（通过串口连接传输数据），其同时和上位机软件通过 无线连接以传输数据。图 模块接线电路 下位机系统程序设计系统软件设计分为初始化程序、传感器检测程序、单片机解析数据程序、定时器中断与时钟程序、无线模块程序等，所有程序均采用语言编写。图为单片机各串口初始化流程，根据硬件接线把单片机的 口一一对应配置好输出模式、数据传输频率
6、等，再调用串口的初始化函数使能 ，并设置传感器、无线模块与单片机的接口电平，方便下一步初始化传感器（见图）和无线模块。图初始化使用的 图初始传感器图为单片机给无线模块发送 指令以使其开启 透传模式。图为单片机开始接收并处理传感器发送过来的数据，同时使能无线模块把数据发送给上位机系统。图配置无线模块图单片机处理数据并由无线模块发送数据 数据上云系统的设计 上位机软件上位机具有可靠性高、适应性强、编程简单及模块化结构扩展方便等优点，在控制领域得到了广泛应用。这种监控系统将计算机同控制器结合起来，使两者优势互补，充分利用个人计算机强大的人机交互功能、丰富的应用软件和价格低廉的优点，组成高性价比的控制
7、系统。本文使用的上位机软件是在 环境下开发的，使用语言编写。上位机软件的运行流程如图所示。开启软件之后首先初始化各功能，然后开始数据的创建并连接，显示连接数据库成功即可开始连接下位机系统，通过设置数据采样频率和阈值便可接收数据并绘制波形图，接收的数据暂敬请登录网站在线投稿（）年第期 存在历史数据表格中。待监测人员选择历史数据上云便会把历史数据发送至 数据库进行保存，若选择实时数据 上 云，则 会 把 上 位 机 实 时 接 收 的 数 据 发 送 至 数据库，也可选择把直至当前时刻所接收的数据导出为 文件，供后续分析使用。图上位机软件运行流程软件 介 绍：数 据 库，通 过 输 入 有 效 的
8、 用户信息以连接云端的数据库，下位机，通过 协议通信以获取下位机的气体浓度数据；采样频率，设置采样间隔以防止数据冗余；报警阈值，应用在不同场合时，通过灵活设定其浓度上限值实现系统最优功能；数据处理，分为历史数据上云、实时数据上云和导出为 ；历史数据，当开启系统获取数据时，会把气体浓度数据和检测时间暂存在表格中方便回查；波形图，显示实时的气体浓度数值并绘制波形图。图为上位机功能测试界面。图上位机功能测试界面 数据管理设计本系统采取 数据库实现对气体浓度和采集时间数据的管理和存储。图 为 数据库管理保存的气体浓度和采集时间的数据信息，该数据供人们随时查看调用，也可导出为 格式。图 云端 数据库测试
9、数据的管理 结语本文基于 设计了一款可远程检测空气中有害气体的设备，主要适合新装修的居室、仓库和车间等不方便当场检测的空间使用。设备应用了传感器技术、通信技术实现数据共享，结合上位机软件和云端数据库系统实现了远程监控和数据保存的功能，整个系统设备结构简单、易操作，极大减少了人力、物力、财力的支出。经测试，该系统性能稳定，解决了传统检测装置无法实时远程监测有害气体的弊端。参考文献闫勇有机废气中 的回收方法化工环保，（）：赵琳，张英锋，李荣焕，等 的危害及回收与处理技术化学教育，（）：葛明民，韩高锋，丁建峰，等 在线监测进样方式对非甲烷总烃测定的影响 中国环境监测，（）：李祖斌，姜建伟，文峰可燃易
10、爆有害气体报警器自动检定装置的研制 中国测试技术，（）：朱银东，田会峰，庄豫玺，等基于 的智能环境监测及处理系统自动化技术与应用，（）：梁彦霞，杨家玮无线通信中 技术的发展与应用电视技术，（）：范兴隆 在智能家居监控系统中的应用 单片机与嵌入式系统应用，（）：冷洋，何进，黄小凤，等基于 的上位机软件设计与实现大众科技，（）：张伟龙，吕明，胡宏，等 数据库服务器监控系统设计与实现 工业控制计算机，（）：吴自玉（硕士研究生），主要研究方向为传感器类；钟安德（硕士研究生），主要研究方向为光伏发电系统功率；谢宗效（硕士研究生），主要研究方向为电能质量综合评估；毛玉明（硕士研究生），主要研究方向为串联故障电弧检测与时序分析；杨留方（教授），主要研究方向为电气火灾检测与传感器技术。通信作者：吴自玉，。（责任编辑：薛士然收稿日期：）