地下停车场通风控制系统的设计与实现

田金博 巨永锋 赵 妍 杜 凯

（长安大学a.电子与控制工程学院；b.经济与管理学院）

地下停车场中的空气污染主要是由汽车尾气引起的，且没有光线照入，新鲜的空气很难从外界进入，对驾驶员和停车场内工作人员的健康造成了很大的威胁。 因此，地下停车场内要保持空气清新，必须采取一系列通风措施，目前行业内评估室内空气质量的标准有两种，分别为舒适度标准和清洁度标准［1］。 本设计采用诱导型通风系统［2］，首先设计单片机硬件电路，实现对CO 浓度和温度的检测，通过检测量来实现对地下停车场通风的控制，通过Keil 软件设计出相应的控制程序并在Proteus 软件中对几种风机启动的情况进行仿真，仿真成功后进行模拟实物的搭建与调试，实现风机的正常启动和火灾报警系统的正常工作。

1 总体方案设计

本设计的总体思路是将CO 传感器和温度传感器检测出来的信号作为单片机的输入， 系统的整体框图如图1 所示，键盘可以输入设定值并可作为手/自动切换开关， 在系统的输出端有LCD显示模块、报警电路和风机的启动模块。

设计主要通过检测CO 气体浓度， 根据超标浓度的不同启动不同组别的风机［3］，同时设计了报警模块，当温度超出设定值范围时，停车场内会产生报警信号，还设计了按键模块，可以进行风机的手/自动切换并人为调整启动风机的CO 浓度设定值和温度报警设定值， 即可达到对地下停车场通风系统的控制，也可以实现火灾报警。

图1 系统总体结构框图

2 系统硬件设计

2.1 温度传感器的选型

本设计采用的温度传感器为DS18B20，DS18B20 是常用的数字温度传感器，它测出的温度值可直接显示在LCD 显示屏中。

2.2 CO 传感器的选型

本设计选用的CO 传感器为MQ-7 型， 该型号的传感器对CO 的检测灵敏度非常高， 可使用简单的电路将电导率的变化转换为CO 气体浓度对应的电压信号， 用0～5V 的电压值来对应不同的浓度，并将测出的浓度显示在LCD 显示屏中。

2.3 风机的选型

本设计选用FYA 诱导型风机［4］，根据不同的车位地形选取不同型号的风机［5］，根据《民用建筑电气设计规范》风机的选型规则见表1［6］。

表1 风机的选型规则

2.4 蜂鸣器模块设计

本设计在温度达到报警值时采取蜂鸣器报警并有指示灯闪烁的形式来提示工作人员火灾报警，起到预防火灾延续的作用，与此同时停止风机的启动，防止火势继续蔓延。 蜂鸣器接口电路如图2 所示。

图2 蜂鸣器接口电路

2.5 按键模块设计

本设计共有5 个独立按键，如图3 所示，P1.0口为调整按钮，用来调整需要设定值的初值，P1.1为调大按钮，用来调大设定值，P1.2 为调小按键，用来调小设定值，P1.6 为手/自动开关按钮， 按下时为手动状态，当为手动状态时按下P1.3 则风机启动；当P1.6 未被按下时为自动状态，此时按下P1.3 不启动风机。

3 系统的软件设计

3.1 系统功能要求

本设计要求风机可分别在手动、自动状态下运行。

图3 按键接口电路

当在手动状态下时，开启风机启动按钮首先温度传感器会进行温度检测，如果温度未达到预警值，风机正常启动，如果温度超过预警值，风机不会启动，蜂鸣器产生报警信号。

当在自动状态下时， 风机可根据CO 浓度和温度的测量情况来启动，如发生火灾情况导致温度过高，蜂鸣器会立刻发出报警信号，在单片机的输入端立即产生风机停止指令，风机自动停止运行。 第1 次检测到CO 浓度大于一次CO 浓度设定值时，只需开启检测点的诱导风机进行通风即可； 若第2 次检测CO 浓度大于二次CO 浓度设定值，此时开启两组诱导风机同时进行通风。

3.2 系统的主流程

本系统的主流程如图4 所示。

图4 系统主流程

3.3 LCD 显示模块子流程

系统LCD 显示子流程如图5 所示，系统首先进行初始化， 然后进行清屏， 最后根据设定第1行和第2 行的显示位置，显示两行对应的内容。

图5 LCD 显示子流程

3.4 系统的报警子流程

图6 为系统的报警子流程。 当温度达到预设报警值时，报警指示灯闪烁且蜂鸣器会产生报警警报。

图6 报警子流程

3.5 风机控制子程序

本设计针对不同的CO 浓度值启动不同组的风机， 当CO 传感器输出的电压值达到预设风机启动电压值时第1 组风机启动， 当CO 传感器输出的电压值达到预设风机启动的电压值加1V时，两组风机同时启动，图7 为风机启动流程。

图7 风机启动流程

4 系统的仿真

本系统采用Proteus 软件对硬件电路进行仿真。 在Proteus 中可仿真出自动和手动两个状态下风机的运行状态，并在LCD 显示屏中显示出已测出的温度和CO 浓度值， 同时可仿真出两组风机的启停状态。

4.1 手动控制状态

在手动控制状态时，当温度没有达到预设报警值时风机会有两种工作状态，第1 种为两组风机都不启动，第2 种为两组风机都启动。 本仿真设计的不报警温度范围为0~35℃，当温度未达到报警指示时，在手动状态下，按下风机启动按钮两台风机会同时启动；当温度超过35℃时，按下风机启动按钮时风机不会启动。 图8 所示为手动状态下，温度未达到报警值时按下风机启动按钮的仿真结果， 图中Alarm 表示CO 浓度预设值对应的电压值，Amoke 表示此时测定的CO 浓度对应的电压值，Tem 表示测试出的温度值。 此时D5亮表示手动状态，D4 与D2 同时亮表示两组风机同时启动，D3 此时不亮，表示有风机启动。

图8 手动状态按下启动按钮仿真图

4.2 自动控制状态

4.2.1 温度不达到报警值时

CO 浓度达到风机启动值时风机启动状态。在自动状态下，当温度没有达到报警值时，CO 传感器输出电压值达到预设电压1V 时， 第1 组风机启动，且风机指示灯D2 闪亮，仿真结果如图9所示。

图9 CO 浓度达到风机启动值风机启动状态

CO 浓度大于报警值时风机启动状态。 自动状态下，当温度未达到报警值时，且CO 传感器输出的模拟电压达到2V 时，两组风机同时启动，此时D5 不亮，D3 不亮，D4 与D2 亮，仿真结果如图10 所示。

图10 CO 浓度大于报警值时风机启动状态

4.2.2 温度达到报警值时风机运行状态

自动控制状态下， 当温度达到报警预设值时，风机不启动，且产生报警信号，即使CO 传感器输出电压大于预设风机启动电压时风机也不会启动，就可以很好地起到预防火灾发生时火势变大的作用， 此时D5 手动状态指示灯不亮，D1报警指示灯亮，D3 风机静止状态指示灯亮，D4 与D2 两组风机指示灯不亮。

经过仿真验证， 实现了系统的手/自动切换，手动状态下按下风机启动按钮风机会启动，自动状态下根据CO 浓度的大小启动不同组的风机。

5 系统模拟实物搭建

根据系统设计方案进行实物搭建。 首先选取适当的元器件，然后进行焊接。 在搭建实物的过程中最重要的部分就是焊接。 分模块进行搭建，首先先用电烙铁焊接显示模块，显示模块最重要的一个元器件为滑动变阻器，将显示器与单片机最小系统模块相连接， 将显示程序烧进单片机中；接下来焊接按键模块，一共有5 个按键。 按键模块焊接好后搭建传感器 （CO 传感器与温度传感器）；完成后再搭建报警模块，最后进行风机模块的搭建。

6 结束语

本设计从节能减排的角度出发，设计出了与传统的通风系统相区别的智能通风控制系统。 在本设计中， 智能通风控制主要是以CO 的浓度来控制风机，采用无风管诱导系统，通过对CO 浓度的检测， 得到地下停车场需要启动的风机台数，实现了智能控制策略，并设计了火灾报警系统。