基于以太网的面粉厂粉尘浓度监测系统设计(附件)【字数：8213】
摘 要粉尘浓度是面粉厂等同类企业的安全生产的重要环境因素之一。本课题选用STM32微处理器作为核心器件，针对面粉厂粉尘浓度的特征与监测需求，利用ADC0832采样芯片、MQ-2粉尘浓度传感器、LCD1602液晶屏幕、有源蜂鸣器，以C语言构建系统驱动与控制程序，并使用嵌入式以太网通信模块实现了粉尘浓度的实时监控与数据传输。通过软硬件电路设计及实物制作与功能调测，该系统基本实现了预期的各项功能，具有一定的实用价值，能够给同类系统的设计和实现提供一定的参考。
目录
一、 引言 1
（一） 面粉厂粉尘浓度监测系统的研究背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 1
二、 方案设计及元器件选择 2
（一） 系统整体设计 2
（二） STM32微处理器简介 2
（三） 以太网通信模块简介 3
（四） LCD1602液晶屏幕简介 3
（五） 粉尘浓度传感器简介 4
（六） 蜂鸣器简介 4
三、 系统硬件设计 5
（一） 最小系统电路设计 5
（二） LCD1602液晶显示电路设计 5
（三） 粉尘浓度检测电路设计 6
（四） 粉尘报警电路设计 7
（五） ENC28J60以太网通信电路设计 7
四、 系统软件设计 9
（一） 面粉厂粉尘浓度监测系统的主程序流程设计 9
（二） LCD1602液晶屏显示子程序流程设计 10
（三） 粉尘检测子程序流程设计 11
（四） 粉尘报警子程序设计 12
（五） 网络通信子程序流程设计 13
五、 实物制作与功能调测 15
（一） 实物制作 15
（二） 功能调测 15
总结 18
致 谢 19
参考文献 20
附录一 原理图 21
附录二 PCB图 22
附录三 元件列表 23
附录四 源程序 24
引言
面粉厂粉尘浓度监测 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
系统的研究背景
面粉厂，是每个国家最重要的企业之一，是关系民生的重要支柱型产业。在如今现代化企业生产过程和效率越来越复杂高级的大环境下，其生产车间与存储仓库的安全始终是面粉厂企业首要关注的问题。
决定面粉厂安全生产的环境要素有很多，诸如空气中粉尘浓度、危险气体浓度、火灾隐患等。其中，防火防爆最为重要，需要长期高度重视。面粉厂的粉尘浓度是决定其生产安全其中一个关键性的要素。
调研显示，仅在我们国家，每年发生粉尘局部爆炸的频率大概是150～300次、系统爆炸1～3次，并且一直表现增长趋势。这些粉尘爆炸特别是系统爆炸，造成了非常严重的损失。例如，在2010年2月24日15时58分，河北省秦皇岛骊骅淀粉股份有限公司因为失误把玉米淀粉粉尘云引燃而发生了爆炸，造成19人死亡，49人受伤，直接经济损失达到1773.5万元。可见，如果能实时关注面粉厂的粉尘浓度，并科学的设置预警阈值，及时的报警提醒，是完全可以大大降低事故风险的。
国内外发展现状
根据调研数据显示，国外一些发达国家如美国主要采用ARM系统实现粉尘浓度的检测与控制。我们国家的一些大型企业，主要采用PLC等大型可编程控制器系统实现粉尘浓度的检测与控制。但是，随着物联网时代的到来，传统的监测系统存在检测精度低、准确性不高等问题日益明显，并且渐渐无法满足于现代化面粉厂粉尘浓度监测系统的准确、远程、高效等需求；此外，由于中高等级别的微型控制器、传感器件和其他关键模块的研发成本不断降低，使得用于研究面粉厂粉尘浓度监测系统的关键部件在市场上已经大范围普及。
本文主要研究内容
针对上述问题，本次设计拟针对中小企业的实际需求，利用单片机和嵌入式开发思技术，完成一款面粉厂粉尘检测系统的设计。
主要研究内容如下：
完成粉尘传感器电路设计，实现对周围空气中粉尘气体的实时感应采样；
完成模拟电压信号采集转换电路设计，实现对粉尘浓度采集与转换；
完成显示电路设计，实现粉尘浓度参数实时显示；
完成报警信号输出电路设计，实现粉尘浓度超过设定值时自动报警功能；
完成以太网通信模块电路设计，实现系统的网络远程监测。
方案设计及元器件选择
系统整体设计
整个面粉厂粉尘浓度监测控制系统划分成7个部分，分别是微处理器最小系统、LCD1602液晶屏电路、ADC0832转换器电路、粉尘检测电路、有源蜂鸣器电路和ENC28J60以太网通信电路等功能模块。这其中STM32微处理器最小系统的功能是运行其FLASH内部的用户程序，根据程序代码内容实现对各个电路模块的驱动控制。液晶屏显示电路采用LCD1602液晶模块，该电路用于实现对检测结果的高清晰显示。模数转换器部分采用ADC0823芯片，用于实现对MQ2粉尘传感器探头输出的模拟电压信号进行快速采集转换。粉尘浓度检测电路以MQ2传感器作为核心部分，用于实现对待测环境中的粉尘浓度进行检测。报警器电路采用有源蜂鸣器作为核心部分，用于实现当检测到粉尘浓度过高时产生报警的功能。以太网通信功能采用ENC28J60模块，STM32微处理器采用SPI接口对其进行驱动，用于实现互联网远程数据通信的功能。整个系统的原理框图如图1所示。
图1 面粉厂粉尘浓度监测系统硬件框图
STM32微处理器简介
STM32微处理器是一种内部以ARM内核当作重要部分的微处理器芯片，如图2所示。现如今市面上含有多种版本的STM32微处理器芯片，最大性能的处理器已经可以达到1T指令周期，通过研发企业的精心配制，形成了多种不同存储规模的分类，本论文选用的这种型号的具有512KB字节的存储容量，适合本次设计构建的这款中小级别系统。
目录
一、 引言 1
（一） 面粉厂粉尘浓度监测系统的研究背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 1
二、 方案设计及元器件选择 2
（一） 系统整体设计 2
（二） STM32微处理器简介 2
（三） 以太网通信模块简介 3
（四） LCD1602液晶屏幕简介 3
（五） 粉尘浓度传感器简介 4
（六） 蜂鸣器简介 4
三、 系统硬件设计 5
（一） 最小系统电路设计 5
（二） LCD1602液晶显示电路设计 5
（三） 粉尘浓度检测电路设计 6
（四） 粉尘报警电路设计 7
（五） ENC28J60以太网通信电路设计 7
四、 系统软件设计 9
（一） 面粉厂粉尘浓度监测系统的主程序流程设计 9
（二） LCD1602液晶屏显示子程序流程设计 10
（三） 粉尘检测子程序流程设计 11
（四） 粉尘报警子程序设计 12
（五） 网络通信子程序流程设计 13
五、 实物制作与功能调测 15
（一） 实物制作 15
（二） 功能调测 15
总结 18
致 谢 19
参考文献 20
附录一 原理图 21
附录二 PCB图 22
附录三 元件列表 23
附录四 源程序 24
引言
面粉厂粉尘浓度监测 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
系统的研究背景
面粉厂，是每个国家最重要的企业之一，是关系民生的重要支柱型产业。在如今现代化企业生产过程和效率越来越复杂高级的大环境下，其生产车间与存储仓库的安全始终是面粉厂企业首要关注的问题。
决定面粉厂安全生产的环境要素有很多，诸如空气中粉尘浓度、危险气体浓度、火灾隐患等。其中，防火防爆最为重要，需要长期高度重视。面粉厂的粉尘浓度是决定其生产安全其中一个关键性的要素。
调研显示，仅在我们国家，每年发生粉尘局部爆炸的频率大概是150～300次、系统爆炸1～3次，并且一直表现增长趋势。这些粉尘爆炸特别是系统爆炸，造成了非常严重的损失。例如，在2010年2月24日15时58分，河北省秦皇岛骊骅淀粉股份有限公司因为失误把玉米淀粉粉尘云引燃而发生了爆炸，造成19人死亡，49人受伤，直接经济损失达到1773.5万元。可见，如果能实时关注面粉厂的粉尘浓度，并科学的设置预警阈值，及时的报警提醒，是完全可以大大降低事故风险的。
国内外发展现状
根据调研数据显示，国外一些发达国家如美国主要采用ARM系统实现粉尘浓度的检测与控制。我们国家的一些大型企业，主要采用PLC等大型可编程控制器系统实现粉尘浓度的检测与控制。但是，随着物联网时代的到来，传统的监测系统存在检测精度低、准确性不高等问题日益明显，并且渐渐无法满足于现代化面粉厂粉尘浓度监测系统的准确、远程、高效等需求；此外，由于中高等级别的微型控制器、传感器件和其他关键模块的研发成本不断降低，使得用于研究面粉厂粉尘浓度监测系统的关键部件在市场上已经大范围普及。
本文主要研究内容
针对上述问题，本次设计拟针对中小企业的实际需求，利用单片机和嵌入式开发思技术，完成一款面粉厂粉尘检测系统的设计。
主要研究内容如下：
完成粉尘传感器电路设计，实现对周围空气中粉尘气体的实时感应采样；
完成模拟电压信号采集转换电路设计，实现对粉尘浓度采集与转换；
完成显示电路设计，实现粉尘浓度参数实时显示；
完成报警信号输出电路设计，实现粉尘浓度超过设定值时自动报警功能；
完成以太网通信模块电路设计，实现系统的网络远程监测。
方案设计及元器件选择
系统整体设计
整个面粉厂粉尘浓度监测控制系统划分成7个部分，分别是微处理器最小系统、LCD1602液晶屏电路、ADC0832转换器电路、粉尘检测电路、有源蜂鸣器电路和ENC28J60以太网通信电路等功能模块。这其中STM32微处理器最小系统的功能是运行其FLASH内部的用户程序，根据程序代码内容实现对各个电路模块的驱动控制。液晶屏显示电路采用LCD1602液晶模块，该电路用于实现对检测结果的高清晰显示。模数转换器部分采用ADC0823芯片，用于实现对MQ2粉尘传感器探头输出的模拟电压信号进行快速采集转换。粉尘浓度检测电路以MQ2传感器作为核心部分，用于实现对待测环境中的粉尘浓度进行检测。报警器电路采用有源蜂鸣器作为核心部分，用于实现当检测到粉尘浓度过高时产生报警的功能。以太网通信功能采用ENC28J60模块，STM32微处理器采用SPI接口对其进行驱动，用于实现互联网远程数据通信的功能。整个系统的原理框图如图1所示。
图1 面粉厂粉尘浓度监测系统硬件框图
STM32微处理器简介
STM32微处理器是一种内部以ARM内核当作重要部分的微处理器芯片，如图2所示。现如今市面上含有多种版本的STM32微处理器芯片，最大性能的处理器已经可以达到1T指令周期，通过研发企业的精心配制，形成了多种不同存储规模的分类，本论文选用的这种型号的具有512KB字节的存储容量，适合本次设计构建的这款中小级别系统。
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