摘 ?要：介紹了一種基于RS-485總線，采用智能化傳感適配器組成的多點(diǎn)" title="多點(diǎn)">多點(diǎn)式空氣潔凈度監(jiān)測系統(tǒng)" title="監(jiān)測系統(tǒng)">監(jiān)測系統(tǒng)。這種監(jiān)測系統(tǒng)具有監(jiān)測功能強(qiáng)、測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、系統(tǒng)擴(kuò)展性強(qiáng)、控制簡單、維護(hù)方便等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：RS-485總線? 空氣潔凈度? 監(jiān)測

?

??? 隨著我國電子技術(shù)、藥品制造、食品工業(yè)和科學(xué)研究的快速發(fā)展，對空氣潔凈度（即空氣中單位體積內(nèi)所含塵埃顆粒數(shù)）的要求不斷提高，需要潔凈環(huán)境的場所也急速增加。采用傳統(tǒng)的人工方法，用儀器進(jìn)行定點(diǎn)、定時巡回測量已不能適應(yīng)監(jiān)測要求。而采用多點(diǎn)巡回監(jiān)測系統(tǒng)，可以很好地解決上述問題。目前使用的多點(diǎn)監(jiān)測系統(tǒng)常采用管道切換方式。用這種方式組成的巡回監(jiān)測系統(tǒng)，由于管道過長，容易引起塵埃粒子在管道中沉降，而管道過長時，相鄰兩個測量點(diǎn)的氣體會混淆，因?yàn)榍耙粋€測量點(diǎn)的殘流氣體不會全部排空，這樣殘流氣體會影響下一個測量點(diǎn)的數(shù)據(jù)。另外電磁閥經(jīng)過長時間使用后有可能漏氣，這些因素均會影響測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。更重要的是采用管道切換方式組成的多點(diǎn)巡回監(jiān)測系統(tǒng)不能同時對多個測量點(diǎn)進(jìn)行采樣測量，因此采用管道切換方式組成的多點(diǎn)巡回監(jiān)測系統(tǒng)，其監(jiān)測效果并不理想。本文介紹一種基于RS-485總線，采用智能化程度較高的傳感適配器組成的多點(diǎn)式監(jiān)測系統(tǒng)，這種監(jiān)測系統(tǒng)具有測量功能強(qiáng)、測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、系統(tǒng)擴(kuò)展性強(qiáng)、控制簡單、維護(hù)方便等特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)總體

??? 圖1是監(jiān)測系統(tǒng)的硬件總體結(jié)構(gòu)圖。系統(tǒng)由PC機(jī)進(jìn)行總控制管理，通過RS-485總線連接32個傳感適配器，由傳感適配器對監(jiān)測區(qū)域的空氣潔凈度、溫濕度進(jìn)行測量。由于RS-485總線具有較好的可擴(kuò)展性^[1][2]，所以可以十分方便地連接多于32個傳感適配器。通過控制軟件可以對各個傳感適配器進(jìn)行編程，啟動、停止傳感適配器的工作，校正傳感適配器的時鐘電路，或清除傳感適配器存儲器中的數(shù)據(jù)。傳感適配器既可以連續(xù)測量，也可以完成按每十分鐘至每天測量一次的功能。通過網(wǎng)絡(luò)PC機(jī)可以隨時監(jiān)視每個傳感適配器的工作狀態(tài)，接收從傳感適配器傳送來的測量數(shù)據(jù)。這樣PC機(jī)在對每一個傳感適配器完成編程后，可以脫離網(wǎng)絡(luò)去完成其他任務(wù)，甚至關(guān)機(jī)，而系統(tǒng)中各個傳感適配器卻均在正常工作，完成采集、處理和存儲數(shù)據(jù)。

?

?

2 傳感適配器

??? 傳感適配器負(fù)責(zé)各個測量區(qū)域的測量工作。它由傳感器（光學(xué)塵埃粒子傳感器和溫濕度傳感器）、氣泵、測量電路" title="測量電路">測量電路、時鐘電路和地址設(shè)備碼等組成^[3]，由一片AT89C55單片微機(jī)進(jìn)行控制[4]，其工作狀態(tài)受PC機(jī)控制。傳感適配器的組成框圖如圖2所示。

?

?

??? 傳感適配器工作時氣泵抽氣，空氣中的塵埃粒子隨著采樣氣流通過光學(xué)傳感器。根據(jù)光散射原理，此時塵埃粒子將產(chǎn)生與其粒徑成一定比例關(guān)系的散射光，光電二極管將光脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖信號[5]。通過放大、甄別后分別送入各個計(jì)數(shù)通道進(jìn)行計(jì)數(shù)。單片微機(jī)完成數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲，每1分鐘為一個測量周期。在完成測量塵埃粒子的同時，單片微機(jī)還完成該監(jiān)測區(qū)域溫、濕度的測量。每個傳感適配器的存儲器可以存儲2000個測量周期的數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)大于2000個時，自動刪去最先前的數(shù)據(jù)。由于采用了E2PROM存儲器，可以實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)數(shù)據(jù)。

??? 由于傳感適配器可以工作在按每10分鐘至每天測量一次的工作模式，所以傳感適配器在不測量時關(guān)閉測量電路及氣泵的電源，這不僅降低了系統(tǒng)的功耗，而且延長了各種器件的使用壽命。

??? 傳感適配器還設(shè)計(jì)了鍵盤接口、顯示接口和打印接口，接上系統(tǒng)配置的鍵盤、LCD顯示屏和打印機(jī)，就可以脫離系統(tǒng)，獨(dú)立工作，完成測量、顯示和打印，通過這些操作可以定期對傳感器進(jìn)行定標(biāo)和維護(hù)。

3 系統(tǒng)軟件

??? 系統(tǒng)軟件分成PC機(jī)和單片微機(jī)兩部分。

3.1?PC機(jī)控制模塊" title="控制模塊">控制模塊程序設(shè)計(jì)

??? PC機(jī)控制模塊實(shí)現(xiàn)對各個傳感適配器的控制。為了操作方便，PC機(jī)控制軟件設(shè)計(jì)了一個虛擬鍵盤，所有操作均通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)。PC機(jī)與單片微機(jī)的握手協(xié)議也較為簡單，8位數(shù)據(jù)中位7為“1”時表示傳送的是地址信息，為“0”時表示傳送的是數(shù)據(jù)信息，各個傳感適配器通過讀取各自的地址設(shè)備碼來確定PC機(jī)是否要求與其通信。圖3為PC機(jī)的主程序流程框圖。

?

?

?

??? 各個鍵的功能分述如下，點(diǎn)擊地址選擇鍵將彈出一個窗口，供用戶輸入1～32的地址，以選擇需要通信的傳感適配器。周期設(shè)置鍵可以設(shè)置連續(xù)測量，或每10分鐘至每天測量一次。通過時鐘設(shè)置鍵可以設(shè)置傳感適配器的時鐘信息。通過點(diǎn)擊測量/停止鍵，可以啟動或停止傳感適配器的工作。點(diǎn)擊接收數(shù)據(jù)鍵可以接收當(dāng)前被選中的傳感適配器的所有測量數(shù)據(jù)，并生成一個由用戶定義文件名的數(shù)據(jù)文件。如果要查看接收到的數(shù)據(jù)，可以點(diǎn)擊顯示數(shù)據(jù)鍵。在顯示數(shù)據(jù)的窗口內(nèi)還可以完成打印功能。3.2 單片微機(jī)控制模塊程序設(shè)計(jì)

??? 單片微機(jī)的軟件主要完成數(shù)據(jù)采集、處理、存儲以及和PC機(jī)通信的任務(wù)，分為如下幾個模塊：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)打印以及鍵掃描。圖4所示的是單片微機(jī)與PC機(jī)的通信軟件流程圖，單片微機(jī)采用的是中斷處理方式。當(dāng)單片微機(jī)響應(yīng)中斷時，首先判斷PC機(jī)送來的是否為地址信息（即位“7”是否為“1”），如果是地址，則單片微機(jī)讀取本機(jī)的地址設(shè)備碼進(jìn)行判斷。若地址相符，就接收PC機(jī)以后發(fā)來的數(shù)據(jù)，并根據(jù)送來的數(shù)據(jù)，進(jìn)行各種處理。

?

?

??? 為便于對傳感適配器中的各類傳感器進(jìn)行定標(biāo)和維護(hù)，硬件上設(shè)計(jì)了顯示接口、鍵盤接口和打印接口，軟件模塊中包含了顯示、打印以及鍵掃描程序模塊，這樣在需要對傳感器進(jìn)行定標(biāo)和維護(hù)時，接上系統(tǒng)配置的硬件，傳感適配器就可以脫離系統(tǒng)獨(dú)立工作。

??? 由于這種多點(diǎn)式空氣潔凈度監(jiān)測系統(tǒng)采用了智能化程度較高的傳感適配器，在一些惡劣環(huán)境中，尤其在監(jiān)測范圍較廣、區(qū)域較多的場合，實(shí)現(xiàn)了不間斷定時監(jiān)測。該監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)實(shí)際應(yīng)用證明，運(yùn)行正常，數(shù)據(jù)測量準(zhǔn)確。

參考文獻(xiàn)

1 朱桂榮，鄒麗新. 基于RS-485總線的可擴(kuò)展局域網(wǎng)的研究[J]. 微型機(jī)與應(yīng)用,2004；（6）

2 陳 曦，曾 禮. 基于智能模塊的RS-485通信協(xié)議轉(zhuǎn)換路由器[J].自動化儀表,2002；（3）

3 黃惠杰，趙永凱.塵埃粒子計(jì)數(shù)器的半導(dǎo)體激光散射測量[J].中國激光, 2002；（12）

4 鄒麗新，翁桂榮. 單片微型計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)離[M].蘇州：蘇州大學(xué)出版社，2001;（12）

5 高永鋒. 塵埃粒子計(jì)數(shù)器中光源對傳感器光通量的影響分析[J]. 應(yīng)用光學(xué);2005；（5）