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基于AVR单片机的安全工器具监控系统设计

文档作者：孙洪伟罗杰文档来源： 1．武汉理工大学自动化学院 2．武汉理工大学		点击数：	更新时间： 2021年07月25日
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第20卷
V01．20
第5期
No．5
电子设计工程
Electronic Design Engineering
2012年3月
Mar．2012
基亏AVR单片机的安全工器具监控系统设计
孙洪伟 ．罗杰
(1．武汉理工大学自动化学院，湖北武汉430070；2．武汉理工大学信息工程学院，湖北武汉430070)
摘要：基于对相关电力企业安全工器具的调研。针对现有的对安全工器具的管理比较落后，从而导致难以对安全工
器具进行有效监控的问题，提出了一种简单有效、容易实施的安全工器具监控方案。首先从整体上描述了安全工器具
监控系统的总体结构，然后分别从硬件设计和软件设计两个方面对系统进行了详细阐述。该系统已经成功运用于某
电力企业的安全工器具监控．运行稳定．达到了设计的预期目的。
关键词：安全工器具；监控；AVR单片机；智能
中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：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
众所周知，安全是电力企业一个永恒的主题．而安全工
器具【t1的好坏，将直接影响着电力企业在生产过程中的人身
和设备安全回。笔者提出了一种基于AVR单片机的安全工器
具监控系统的设计方案，主要是对安全工器具的离就位状态
信息、有效使用期限和安全工器具柜内的温湿度状况等进行
监控，可以根据实现安全工器具柜内温湿度的自动调节，能
够自动记录安全工器具的相关信息。本文首先阐述了系统的
总体结构，然后详细论述了系统的硬件设计和软件设计。
1 安全工器具监控系统的总体结构
1．1 系统结构
本文所设计的安全工器具监控系统主要分为下位机数
据采集和上位机数据管理两个部分。两者之间通过网络进行
通信。
系统首先通过数据采集板对安全工器具柜的相关量进
行采集，然后将采集得到的数据进行相应处理后经串口服务器
传递给上位机管理系统，上位机获得数据后进行相应处理。
每个安全工器具柜都需要40个数据采集端口来采集安
全工器具的离就位状态信息。当安全工器具的离就位状态发
收稿日期：2011-12—21 稿件编号：201112123
生改变时，数据采集板就将采集到这一信息，然后传递给上
位机管理系统进行处理。当柜内的温湿度没有到达设定标准
时，系统便控制加热除湿装置工作，从而调节柜内的温湿度
状况。当上位机管理系统接收到下位机传递过来的数据后．
便开始作相应的处理：将安全工器具的离就位状态信息进行
备份，以便于进行历史查询；将安全工器具的使用状况、有效
使用期限和柜内温湿度状况等信息实时显示在用户界面．以
便于工作人员对系统进行监控。
1．2 系统功能
系统所实现的主要功能有：
1)实时监控安全工器具的离就位状态。
2)实时监控安全工器具柜内的温湿度状况。
3)实时监控安全工器具的有效使用期限。
2 安全工器具监控系统的硬件设计
系统硬件部分的主要功能就是实现对安全工器具的离
就位状态、柜内温湿度的检测，以及实现对加热和除湿装置
的自动控制，并且将相关信息实时显示在液晶显示器上。系
统硬件结构图如图1所示。
系统选用AVR系列单片机的ATmega128—16AC作为主
作者简介：孙洪伟(1986一)，男，山东青岛人，硕士研究生。研究方向：电力电子与电力传动。
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《电子设计工程)2012年第5期
图1 安全工器具监控系统硬件结构图
Fig．1 Entire composition of the intelligent monitoring system
for safety apparatus
控制器、ATmega8—16AC作为数据采集控制器。AVR单片
机【 】是一种增强型内置na8h的RISC精简指令集高速8位
单片机，它内部采用哈佛结构，时钟速度可达到16 MHz。
主控板需要控制4个数据采集板，作用于同一个安全工
器具柜阎。采用红外线反射式检测方法来对安全工器具离就
位状态的进行检测。当安全工器具被借出或归还时。红外反
射装置所反馈的电平就会发生变换，我们就通过检测该电平
来判断安全工器具的就位与离位。主控板通过RS_485接口
以轮询的方式来获取数据采集板获得的数据。
主控板接收到采集数据后便作相应的处理：将安全工器
具离就位的具体信息显示在液晶显示器上，以便于工作人员
实时了解安全工器具的使用状况：将安全工器具的离就位状
态信息传递给上位机管理系统进行相应处理。
3 安全工器具监控系统的软件设计
安全工器具监控系统的软件设计主要包括下位机与上
位机之间的通信协议设计、下位机程序设计和上位机程序设
计等3个部分。
3．1下位机程序设计
下位机主要完成对安全工器具离就位状态信息的采集与
显示、对安全工器具柜内温湿度的采集与调节，并将安全工器
具离就位状态等相关信息发送给上位机管理系统进行处理。
1)下位机主控程序设计
只有当上位机管理系统需要时．安全工器具的有效使用
期限和柜内的温湿度信息才会发送给上位机管理系统。整个
下位机的主控程序流程图如图2所示。
2)下位机采集数据处理程序设计
下位机数据采集的时间间隔由定时器控制，数据采集命
一】64一
图2 下位机主控程序流程图
Fig．2 Hardware construction of the intelligent monitoring
system for safety apparatus
令由下位机主控板通过RS485的方式发送给数据采集板，
采集数据同样以RS485的方式回传给主控板进行处理嘲。
主控板对安全工器具离就位状态信息的处理过程如图3
所示。
图3 安全工器具离就位状态信息处理程序流程图
Fig．3 Master program flow chart of the MCU
孙洪伟．等基于AVR单片机的安全工器具监控系统设计
3．2 上位机程序设计
上位机管理系统的主要功能就是实现对下位机传递过
来的数据的处理：将安全工器具的离就位状态信息以用户界
面的形式显示给用户，以便工作人员及时了解工器具的使用
情况，并将相关工器具的离就位状态信息进行保存，以便用
户进行历史f7]。
上位机处理数据的流程如图4所示。采用事件触发的方
式来处理下位机传递上来的数据， 当有数据传递上来时，便
进入数据处理流程：首先判断数据的起始符和校验码是否都
正确，只有当两者都正确时才会对数据包进行下一步的处
理，否则结束数据处理的整个流程，等待新数据的到来：然后
判断数据中的操作指令， 当数据信息与需要的信息不相符
时，便结束整个数据处理流程，等待新数据的到来；然后根据
不同的数据信息进行对应的处理；数据处理完成之后，继续
等待新数据的到来。
4 结束语
本文设计的基于AVR单片机的安全工器具监控系统能
有效实现对安全工器具的实时监控，包括安全工器具的使用
状况、有效使用期限、所处环境状况等；能够实现对安全工器
具所处环境温湿度的自动调节；能够实现安全工器具相关信
息的自动保存，提供历史查询功能。本文在技术上提出了一
种安全工器具监控方式， 为实现对安全工器具进行科学、高
效管理提供了一种思路，是电力企业实现安全生产、科学管
理的重要组成部分。
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图4 上位机数据处理程序流程图
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