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基于AVR單片機的安全工器具監(jiān)控系統(tǒng)設計

文檔作者：孫洪偉羅杰文檔來源： 1．武漢理工大學自動化學院 2．武漢理工大學			點擊數(shù)：
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第20卷
V01．20
第5期
No．5
電子設計工程
Electronic Design Engineering
2012年3月
Mar．2012
基虧AVR單片機的安全工器具監(jiān)控系統(tǒng)設計
孫洪偉 ．羅杰
(1．武漢理工大學自動化學院，湖北武漢430070；2．武漢理工大學信息工程學院，湖北武漢430070)
摘要：基于對相關電力企業(yè)安全工器具的調研。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)的總體結構，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
中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A 文章編號：1674—6236(2012)05—0163—03
Design of monitoring system for safety apparatus based on AVR M CU
SUN Hong—wei ，LUO Jie
(1．The School ofAutomation ofWuhan University ofTechnology，Wuhan 430070，China；
2．The SchoolofInformationEngineeringofWuhan UnwemityofTechnology，Wuhan 430070，China)
Abstract：Currently，power enterprises’management of safety apparatus is relatively backward，which causes the problem
that safety apparatus can hardly be monitored efectively．Based on the investigation on safety apparatus of related power
enterprises，the author introduces a safety apparatus monitoring and control scheme which can performs very well in terms of
eficiency and efectiveness．Firstly，the general construction of the safety apparatus monitoring system is described．Then the
hardware and software designs will be illustrated respectively an d systematically．Th e system introduced has been applied on
the safety apparatus monitoring in a power enterprise and has achieved stable and efective operating results．
Key words：safe~ apparatus；monitoring；AVR MCU；intelligent
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【t1的好壞，將直接影響著電力企業(yè)在生產過程中的人身
和設備安全回。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)安全工器具柜內溫濕度的自動調節(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
總體結構，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)的總體結構
1．1 系統(tǒng)結構
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)
收稿日期：2011-12—21 稿件編號：201112123
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，從而調節(jié)柜內的溫濕度
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)硬件結構圖如圖1所示。
系統(tǒng)選用AVR系列單片機的ATmega128—16AC作為主
作者簡介：孫洪偉(1986一)，男，山東青島人，碩士研究生。研究方向：電力電子與電力傳動。
- 163-
《電子設計工程)2012年第5期
圖1 安全工器具監(jiān)控系統(tǒng)硬件結構圖
Fig．1 Entire composition of the intelligent monitoring system
for safety apparatus
控制器、ATmega8—16AC作為數(shù)據(jù)采集控制器。AVR單片
機【 】是一種增強型內置na8h的RISC精簡指令集高速8位
單片機，它內部采用哈佛結構，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
器具柜閻。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、對安全工器具柜內溫濕度的采集與調節(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
一】64一
圖2 下位機主控程序流程圖
Fig．2 Hardware construction of the intelligent monitoring
system for safety apparatus
令由下位機主控板通過RS485的方式發(fā)送給數(shù)據(jù)采集板，
采集數(shù)據(jù)同樣以RS485的方式回傳給主控板進行處理嘲。
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。
圖3 安全工器具離就位狀態(tài)信息處理程序流程圖
Fig．3 Master program flow chart of the MCU
孫洪偉．等基于AVR單片機的安全工器具監(jiān)控系統(tǒng)設計
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f7]。
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、有效使用期限、所處環(huán)境狀況等；能夠實現(xiàn)對安全工器
具所處環(huán)境溫濕度的自動調節(jié)；能夠實現(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、科學管
理的重要組成部分。
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