紡織企業環境監測系統設計研究

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【摘要】隨著社會的發展進步，人們對安全生產和紡織品的品質都有了更高的要求。紡織企業內環境參數變化是重要的影響因素。對紡織企業環境的要求進行調查，提出一種基于嵌入式的紡織企業環境監測系統設計。系統包括自動實時監測系統和手持數據采集儀器，分別以STM32和Arduino為控制核心，通過溫濕度傳感器和火焰傳感器對企業環境進行實時監測、顯示和報警。此舉既實現了實時、高效的監測，也提高了監測的全面性和可靠性。

【關鍵詞】嵌入式；紡織；環境監測；傳感器

紡織原料倉庫存放有大量原料，如天然纖維（棉、麻、毛、絲）和化學纖維（人造、合成纖維），這些均具有易燃的特點；紡織印染廠的染化料種類多，具有易燃易爆、毒害腐蝕性的特點；紡織成品倉庫的產品也需要防火、防潮等。例如，對于棉麻堆垛，垛內的溫度不能超過38℃，濕度不應小于12%RH，如果溫度過高，要及時采取散熱措施；對于易燃易爆染化料如雙氧水、次氯酸鈉等，倉庫溫度應在20~28℃，濕度在60%~70%RH等[1-2]。因此，紡織企業需要在生產、倉儲等各個環節加強對環境的監測和管理，以保證紡織品的品質和人員財產的安全。行之有效的環境監測方法主要是自動環境監測，即將傳感器安放在倉庫的不同位置，自動采集多點環境參數信息，實時性好，效率高。但受到傳感器安裝位置等因素影響，所采集的參數信息仍有局限性[3]。例如，高溫雷雨天氣時，堆垛處的溫度和濕度會明顯偏高。因此，還需輔以人工手持數據采集儀器對重點區域進行巡檢，從而提升監測的全面性、可靠性。

1系統結構

本研究對自動環境監測系統和手持數據采集儀器分別進行設計。自動實時環境監測系統包括STM32主控板、溫濕度傳感器DHT11、火焰傳感器YS-17、OLED液晶顯示屏、報警電路等模塊。STM32主控芯片作為控制核心，利用溫濕度和火焰傳感器采集現場數據，通過顯示屏實時顯示，報警電路實現超限報警；手持數據采集儀器包括Arduino開發板、溫濕度傳感器DHT11、火焰傳感器YS-17、LCD液晶顯示屏、報警電路等模塊，實現相關功能。自動環境監測系統和手持數據采集儀器結構圖分別如圖1和圖2所示。

2自動實時監測系統主要硬件設計

自動實時監測系統對I/O端口的數量和數據處理的速度等方面，有較高的要求。因此，在進行硬件電路設計時，應選擇性能更高、擴展接口更多的器件。2.1主控模塊。主控板核心選用ST公司生產的高性能控制器STM32F103ZET6，開發板包括STM32主控芯片、復位、振蕩、穩壓等電路和許多擴展接口，通過SWD模式穩定下載程序。該芯片主頻為72MHz，具有64KBSRAM和512KBFLASH，豐富的I/O端口，標準先進的通信接口等，能夠為傳感器、顯示屏等模塊提供合適供電電壓，保證系統正常工作，并且便于日后功能擴展。2.2溫濕度傳感器模塊。溫濕度傳感器采用廣州奧松公司的溫濕度一體化數字傳感器DHT11。該傳感器的工作電壓范圍：3.5~5.5V，溫度測量范圍：0~50℃，濕度測量范圍：20%~90%RH，濕度分辨率：1%，溫度分辨率1℃。與STM32之間僅需一個I/O口就可實現單總線通信，接線簡單，傳感器內部濕度和溫度40bit的數據一次性傳給STM32，并采用校驗和方式對數據校驗，數據準確性高[4]。DHT11的數據包由5個字節（byte4byte3byte2byte1byte0）組成，格式為：濕度整數、濕度小數、溫度整數、溫度小數、校驗和數據各8bit。濕度=byte4.byte3（%RH）溫度=byte2.byte1（℃）校驗和=byte4+byte3+byte2+byte1=（濕度+溫度）（則校驗正確）DHT11只有3個引腳，VDD接電源，GND接地，DATA接主控板的PG11。2.3顯示模塊。顯示模塊選用廣州星翼電子科技公司的單色有機發光二極管OLED12864模塊，工作電壓3.3V，分辨率128×64，多種接口方式，自發光，不需背光源、對比度高、視角廣，特性優良。OLED模塊的控制器是SSD1306。設計采用8080并行接口方式，使STM32能夠快速訪問OLED。讀/寫過程為：先根據要讀/寫的類型，設置引腳DC，然后選中SSD1306，接著設置引腳RD/WR，最后在RD/WR的上升沿將完成數據讀/寫。OLED模塊的DC/RD/CS/RW/RST引腳分別連接主控板的PD3/PG13/PD6/PG14/PG15，D0-D7分別連接在PC0-PC7。

3手持數據采集儀器主要硬件設計

手持數據采集儀器只需要在現場進行單路測量，實現基本監測功能。因此，在進行硬件電路設計時，應選擇成本更低、開發更簡單便捷的器件。3.1系統主控板選型。系統主控板選用開源硬件開發平臺ArduinoUNO。它采用的是Atmel公司生產的ATmega328P處理器。該芯片主頻為16MHz，具有2KBRAM和32KBFLASH，14路數字輸入輸出口、6路模擬輸入口。它便于與傳感器等器件連接，成本低，開發簡單，修改方便，省時高效。3.2火焰傳感器模塊。遠紅外火焰傳感器就是紅外接收二極管中的一種，對火焰紅外線波段最為敏感。火焰傳感器選用YS-17紅外接收頭，能夠探測到波長在700~1000nm范圍內的紅外光，在880nm附近時，靈敏度達到最大，探測角度60℃左右。設計中保證反向偏置連接。沒有紅外接收信號時，阻值極高；有紅外信號時，阻值減小?；鹧鎮鞲衅鲗⑷紵a生的紅外線的強弱轉化為火焰傳感器電流的變化，電流流經固定電阻，使電位產生高低變化。通過實時監測電壓值，并與設定的閾值電壓進行比較，從而實現對火災的監測和報警。3.3顯示模塊。結合實際應用需求、成本等方面，顯示模塊選用16引腳液晶屏LCD1602。它可以顯示2行、16列字符，成本較低、顯示穩定、便于操作、尺寸適中，適用于手持式測量儀表。

4系統軟件設計

采用模塊化設計思想進行系統軟件設計，主要包括初始化程序、溫濕度檢測程序、火焰檢測程序、液晶顯示程序和報警程序等。首先，進行系統和端口的初始化，然后溫濕度傳感器和火焰傳感器分別檢測倉庫的溫濕度與火災情況，將檢測結果實時顯示在液晶屏上，檢測一直進行，如果檢測參數異常，自動報警，以盡早發現火情等安全隱患。

5系統測試

經過多次反復設計與調試，系統基本實現整體功能。上電后，自動環境監測系統開始工作，溫濕度傳感器和火焰傳感器不間斷檢測現場環境參數變化，并在液晶屏上實時顯示溫濕度信息。如果參數值不高于設定值，系統正常運行；如果參數值高于設定值，系統將報警，LED一直點亮。開啟手持數據采集儀器后，在重點區域檢測時運行正常，液晶屏顯示的溫濕度信息等能夠隨位置移動而更新變化，效果良好。實驗顯示結果如圖3和圖4所示。

6結語

基于嵌入式的紡織企業環境監測系統主要分為兩部分：自動環境監測系統和手持數據采集儀器。它們分別以STM32和Arduino開發板為核心。自動環境監測系統能夠實現對現場環境參數進行實時、高效的智能監測，在一定程度上使管理者對企業的人工投入成本減少，管理愈加智能化。而對于在不同區域無法實現傳感器全覆蓋、監測不夠全面客觀的問題，通過輔以企業員工定時或不定時巡檢，只需要簡單、低成本的手持數據采集儀器，就可以完成對重點區域的監測，彌補了傳感器覆蓋問題遺留的隱患，在很大程度上改善了這一問題。

參考文獻

[1]黃向東.紡織原料倉庫的防火要求及措施[J].消防技術與產品信息，2013(5):7-8.

[2]錢崇濂.國外紡織印染廠染化料倉庫管理[J].紡織導報，2007(4):42.

[3]潘俊，吳俊君，賀媛媛.大型倉儲式物流中心的環境監測系統設計[J].現代計算機(專業版)，2011(6):101-103.

[4]張寶，梁繼俊，孫騰達，等.一種空氣環境檢測儀設計[J].電器工業，2021(1):75-78.

作者:侯曉云 單位:衡水學院電子信息工程學院