基于485总线的地下管网气体危险源监控系统的设计

刘鸿飞 王忠华 胡诚

【摘 要】针对地下管网可燃气体累积引发的爆炸事故，论文设计了一个基于485总线的气体危险源实时监控系统。该系统下位机以STC89C52RC为主控芯片，并配以系统硬件模块，以QT为平台设计的上位机监控界面，实现了对多个采样点进行实时监测与控制功能，可以有效减少地下管网可燃气体引发的安全事故。

【Abstract】Aiming at the explosion accident caused by the accumulation of combustible gas in underground pipe network， this paper designs a real-time monitoring system of gas hazard source based on 485 bus. With STC89C52RC as the main control chip， the lower computer of the system is equipped with the system hardware module and the upper computer monitoring interface designed with QT as the platform， realizing the real-time monitoring and control functions of multiple sampling points， which can effectively reduce the safety accidents caused by combustible gas in the underground pipe network.

【关键词】监控系统;STC89C52RC;485通信;QT界面

【Keywords】monitoring system; STC89C52RC; 485 communication; QT interface

【中图分类号】TP273;TP368                                          【文献标志码】A                                【文章编号】1673-1069（2019）10-0165-02

1 引言

伴随着我国城市化进程的不断加快，人们日常生活和工业生产产生的污水废气大量排放到地下管网。由于管道内通风不良，造成可燃气体累积，当可燃气体浓度积累到爆炸限时，遇到明火则可能爆炸[1]。近年来，城市地下管网气体爆炸事故时有发生，造成经济损失和人员伤亡，使地下管线的安全控制与管理受到人们的广泛关注。

基于485总线的地下管网气体危险源的监控系统，实现了实时远程多点采集可燃气体的浓度信息，并能及时降低地下管网的可燃气体浓度，经济实用性很高，对于预防和减少地下管网可燃气体爆炸风险具有很好的前景和意义。

2 系统整体方案设计

整个系统监控终端以STC89C52RC单片机处理器为核心。气体传感器MQ-2模块输出可燃气体浓度信息转换的模拟电压，经ADC0804采集到单片机，单片机进行数据处理输出可燃气体浓度信息，显示在显示屏上。同时设置一个浓度极限值，超过浓度限时打开排气扇进行工作。采样的可燃气体浓度信息通过485网络传输到上位机QT界面，绘制实时曲线。整体系统组成结构如图1所示。

3 系统硬件电路设计

系统硬件模块主要包括最小系统、气体采集与AD转换电路、按键输入与排气控制电路、显示电路、485通信电路。

单片机最小系统是系统终端的核心处理器，它是实现系统功能最核心的部分。气体采集用到的传感器是MQ-2传感器，MQ-2传感器随着可燃气体浓度的增加，它的阻值会变化，空气中的气体浓度发生变化，相应的阻值变化可以通过设计的简单电路转换成电压信号的变化[2]。输出的模拟电压经

ADC0804采集到单片机，通过数据转换输出浓度信息，并通过LCD1602显示采样的气体浓度信息和气体浓度限信息。按键输入的作用是调整可燃气体浓度限，排气控制是当采集的气体浓度超过浓度限时，打开排气扇工作以降低可燃气体浓度。485通信电路的作用是将采集到的浓度信息上传至上位机界面。

本文设计的监控系统可多点采集可燃气体浓度信息，485通信网络采用主从式结构，当上位機发送地址编号时，各个下位机均可接收到地址编号，并将接收到的地址与本机地址进行比对，若一致则实时向上位机发送信息，不一致则保持静默，多点采集总线结构如图2所示。

4 系统软件设计

4.1 下位机

在硬件的基础上，下位机软件的编写是本设计的核心。下位机软件要完成一系列操作，如AD采样、LCD显示、按键管理、排气控制和通信控制。下位机一直处于接收上位机地址编号的状态，当接收到的地址与本机地址一致时，则每执行一次主程序就向上位机发送一次浓度数据。下位机的主程序流程如图3所示。

4.2 上位机界面

上位机界面的实现是基于Qt平台编写的GUI设计程序，Qt是一个跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架，它的信号与槽机制，可以使得各对象间在不知道对方信息的情况下，进行响应与合作。

在本设计的界面上，实现的主要功能有对下位机发送的实时气体浓度数据进行绘图操作、以列表的形式记录下位机发送的实时气体浓度数据并可以以文件形式保存信息，上位机的运行界面如图4所示。

5 结语

基于485总线的地下管网气体危险源监控系统，通过系统硬件模块、485总线主从式结构以及QT界面的综合作用，对于地下管网的爆炸事故具有很大的预防管理作用。

【参考文献】

【1】候敬元.地下管网气体危险源监控终端设计[J].计算机工程应用技术，2015（18）：9-11.

【2】谭淑梅.基于单片机的烟雾报警系统的设计与实现[J].大庆师范学院学报，2018，38（6）：40-41.