基于AVR單片機的安全工器具監(jiān)控系統(tǒng)設計

摘要：基于對相關電力企業(yè)安全工器具的調(diào)研，針對現(xiàn)有的對安全工器具的管理比較落后，從而導致難以對安全工器具進行有效監(jiān)控的問題，提出了一種簡單有效、容易實施的安全工器具監(jiān)控方案。首先從整體上描述了安全工器具監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，然后分別從硬件設計和軟件設計兩個方面對系統(tǒng)進行了詳細闡述。該系統(tǒng)已經(jīng)成功運用于某電力企業(yè)的安全工器具監(jiān)控，運行穩(wěn)定，達到了設計的預期目的。
關鍵詞：安全工器具；監(jiān)控；AVR單片機；智能

    眾所周知，安全是電力企業(yè)一個永恒的主題，而安全工器具的好壞，將直接影響著電力企業(yè)在生產(chǎn)過程中的人身和設備安全。筆者提出了一種基于AVR單片機的安全工器具監(jiān)控系統(tǒng)的設計方案，主要是對安全工器具的離就位狀態(tài)信息、有效使用期限和安全工器具柜內(nèi)的溫濕度狀況等進行監(jiān)控，可以根據(jù)實現(xiàn)安全工器具柜內(nèi)溫濕度的自動調(diào)節(jié)，能夠自動記錄安全工器具的相關信息。本文首先闡述了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，然后詳細論述了系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計。

1 安全工器具監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
1．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    本文所設計的安全工器具監(jiān)控系統(tǒng)主要分為下位機數(shù)據(jù)采集和上位機數(shù)據(jù)管理兩個部分，兩者之間通過網(wǎng)絡進行通信。
    系統(tǒng)首先通過數(shù)據(jù)采集板對安全工器具柜的相關量進行采集，然后將采集得到的數(shù)據(jù)進行相應處理后經(jīng)串口服務器傳遞給上位機管理系統(tǒng)，上位機獲得數(shù)據(jù)后進行相應處理。
    每個安全工器具柜都需要40個數(shù)據(jù)采集端口來采集安全工器具的離就位狀態(tài)信息。當安全工器具的離就位狀態(tài)發(fā)生改變時，數(shù)據(jù)采集板就將采集到這一信息，然后傳遞給上位機管理系統(tǒng)進行處理。當柜內(nèi)的溫濕度沒有到達設定標準時，系統(tǒng)便控制加熱除濕裝置工作，從而調(diào)節(jié)柜內(nèi)的溫濕度狀況。當上位機管理系統(tǒng)接收到下位機傳遞過來的數(shù)據(jù)后，便開始作相應的處理：將安全工器具的離就位狀態(tài)信息進行備份，以便于進行歷史查詢；將安全工器具的使用狀況、有效使用期限和柜內(nèi)溫濕度狀況等信息實時顯示在用戶界面，以便于工作人員對系統(tǒng)進行監(jiān)控。
1．2 系統(tǒng)功能
    系統(tǒng)所實現(xiàn)的主要功能有：
    1)實時監(jiān)控安全工器具的離就位狀態(tài)。
    2)實時監(jiān)控安全工器具柜內(nèi)的溫濕度狀況。
    3)實時監(jiān)控安全工器具的有效使用期限。

2 安全工器具監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設計
    系統(tǒng)硬件部分的主要功能就是實現(xiàn)對安全工器具的離就位狀態(tài)、柜內(nèi)溫濕度的檢測，以及實現(xiàn)對加熱和除濕裝置的自動控制，并且將相關信息實時顯示在液晶顯示器上。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

    系統(tǒng)選用AVR系列單片機的ATmega128-16AC作為主控制器、ATmega8-16AC作為數(shù)據(jù)采集控制器。AVR單片機是一種增強型內(nèi)置Flash的RISC精簡指令集高速8位單片機，它內(nèi)部采用哈佛結(jié)構(gòu)，時鐘速度可達到16 MHz。
    主控板需要控制4個數(shù)據(jù)采集板，作用于同一個安全工器具柜。采用紅外線反射式檢測方法來對安全工器具離就位狀態(tài)的進行檢測，當安全工器具被借出或歸還時，紅外反射裝置所反饋的電平就會發(fā)生變換，我們就通過檢測該電平來判斷安全工器具的就位與離位。主控板通過RS-485接口以輪詢的方式來獲取數(shù)據(jù)采集板獲得的數(shù)據(jù)。
    主控板接收到采集數(shù)據(jù)后便作相應的處理：將安全工器具離就位的具體信息顯示在液晶顯示器上，以便于工作人員實時了解安全工器具的使用狀況；將安全工器具的離就位狀態(tài)信息傳遞給上位機管理系統(tǒng)進行相應處理。

3 安全工器具監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設計
    安全工器具監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設計主要包括下位機與上位機之間的通信協(xié)議設計、下位機程序設計和上位機程序設計等3個部分。
3．1 下位機程序設計
    下位機主要完成對安全工器具離就位狀態(tài)信息的采集與顯示、對安全工器具柜內(nèi)溫濕度的采集與調(diào)節(jié)，并將安全工器具離就位狀態(tài)等相關信息發(fā)送給上位機管理系統(tǒng)進行處理。
    1)下位機主控程序設計
    只有當上位機管理系統(tǒng)需要時，安全工器具的有效使用期限和柜內(nèi)的溫濕度信息才會發(fā)送給上位機管理系統(tǒng)。整個下位機的主控程序流程圖如圖2所示。

    2)下位機采集數(shù)據(jù)處理程序設計
    下位機數(shù)據(jù)采集的時間間隔由定時器控制，數(shù)據(jù)采集命令由下位機主控板通過RS-485的方式發(fā)送給數(shù)據(jù)采集板，采集數(shù)據(jù)同樣以RS-485的方式回傳給主控板進行處理。
    主控板對安全工器具離就位狀態(tài)信息的處理過程如圖3所示。

3．2 上位機程序設計
    上位機管理系統(tǒng)的主要功能就是實現(xiàn)對下位機傳遞過來的數(shù)據(jù)的處理：將安全工器具的離就位狀態(tài)信息以用戶界面的形式顯示給用戶，以便工作人員及時了解工器具的使用情況，并將相關工器具的離就位狀態(tài)信息進行保存，以便用戶進行歷史。

    上位機處理數(shù)據(jù)的流程如圖4所示，采用事件觸發(fā)的方式來處理下位機傳遞上來的數(shù)據(jù)，當有數(shù)據(jù)傳遞上來時，便進入數(shù)據(jù)處理流程：首先判斷數(shù)據(jù)的起始符和校驗碼是否都正確，只有當兩者都正確時才會對數(shù)據(jù)包進行下一步的處理，否則結(jié)束數(shù)據(jù)處理的整個流程，等待新數(shù)據(jù)的到來；然后判斷數(shù)據(jù)中的操作指令，當數(shù)據(jù)信息與需要的信息不相符時，便結(jié)束整個數(shù)據(jù)處理流程，等待新數(shù)據(jù)的到來；然后根據(jù)不同的數(shù)據(jù)信息進行對應的處理；數(shù)據(jù)處理完成之后，繼續(xù)等待新數(shù)據(jù)的到來。

4 結(jié)束語
    本文設計的基于AVR單片機的安全工器具監(jiān)控系統(tǒng)能有效實現(xiàn)對安全工器具的實時監(jiān)控，包括安全工器具的使用狀況、有效使月期限、所處環(huán)境狀況等；能夠?qū)崿F(xiàn)對安全工器具所處環(huán)境溫濕度的自動調(diào)節(jié)；能夠?qū)崿F(xiàn)安全工器具相關信息的自動保存，提供歷史查詢功能。本文在技術(shù)上提出了一種安全工器具監(jiān)控方式，為實現(xiàn)對安全工器具進行科學、高效管理提供了一種思路，是電力企業(yè)實現(xiàn)安全生產(chǎn)、科學管理的重要組成部分。