单片机复杂环境安全检测与报警系统

孙书芳 三江学院 江苏南京 210012

【文章摘要】

设计一种基于STC 单片机的复杂环境多参数检测报警装置，并通过Modbus 网络将数据传输到上位机PLC 中。

【关键词】

STC90C58AD ；传感器；Modbus

工业中很多生产环境复杂，对生产和工作环境进行检测并适时给出提示，可以有效的提高生产安全性的。本设计中采用单片机对温度、压强、瓦斯、火焰等参数进行检测，并与上位机进行通讯。

系统设计主要可以分成三个部分：单片机检测报警部分，主控制器PLC，上位机PC。单片机部分主要完成现场信号的检测并根据检测信号进行现场报警，同时也将报警信息通过MODBUS 网络传输给主控制PLC。

1 单片机检测模块

设计中采用的单片机是STC90C58AD，该单片机芯片内部自带A/ D 转换。该单片机具有超强抗静电，超强抗干扰，软硬件无需改动，低功耗超低价， 高速，高可靠等优点。

设计中采用了BMP085 传感器进行温度和压强的检测。BMP085 传感器内部中包含敏感器件（电阻式压力传感器）、AD 转换器、EEPROM、控制单元和IIC 界面等，具有低功耗、低电压等优良的电学特性。BMP085 是基于压阻效应技术的， 具有稳定的电磁兼容性、高精度、线性性以及稳定性。

烟雾测量采用的是MQ-2 气体传感器，该传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡。

如果所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。该传感器对液化气，天然气，城市煤气，烟雾有较好的灵敏度，并且长期使用具有很好的稳定性。

另外系统中还使用了远红外火焰传感器。远红外火焰传感器能够探测到波长在700 纳米～ 1000 纳米范围内的红外光。（图1）

2 单片机与PLC 通信

设计中采用西门子S7-200 系列PLC，利用该系列PLC 的网络控制功能使用Modbus 总线完成与单片机之间的通信。采用一台PLC（Modbus 主站）与多个单片机智能检测单元（Modbus 从站）进行，具体结构如图2 中所示。

Modbus 是采用主从技术的开放工业现场总线协议，通过该协议，控制器相互之间以及控制经过其它设备可以通信。Modbus 通信协议主要有RTU 和ASCII 两种传输模式，在本设计中采用的是RTU 模式。RTU 模式信息帧中的8 位数据包括两个4 位16 进制字符，相比于ASCII 模式能够传输更大的数据流量。设计中采用PLC 中编写主站程序，单片机中编写从站程序。主站的程序主要完成Modbus 协议通信参数的初始化以及从单片机中读出相应的数据信息实现数据传输。单片机中主要是通过中断程序向主站传输数据。

3 结论

本文中使用单片机进行现场信号检测和报阿警，并使用Modbus 将数据传输到PLC，成本低廉，性能稳定。

【参考文献】

[1] 何立民. 单片机应用系统设计[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 1996.

[2] 潘新民, 王燕芳. 微型计算机控制技术使用教程[M]. 北京: 电子工业出版社, 2007:186~ 190.

[3] 罗轶峰, 戴瑜兴. 基于Modbus 协议的智能断路器通信模块设计与实现[J]. 计算机系统应用, 2010, 19(3):128- 132.

[4] 李辉, 吴小平. 基于Modbus 协议的S7-200 系列PLC 与单片机主从通信研究[J]. 实验室研究与探索, 2012.

【作者简介】

孙书芳，女（1978.11—），汉族，辽宁庄河人，硕士研究生，讲师，研究方向：智能控制、自动化。

图2 单片机串口中断

图1 单片机检测单元018

实验研究

Experimental Research