有毒有害气体检测制度（共10篇）
安环部职责：
安环部负责跟氰化车间及生产运营部沟通，确保监测设备安装合理有效，并能最大限度发挥作用。并组织对不满足安全生产要求的监测设备进行更换，或通知相关部门进行维修。负责监督相关的监测工作。
负责组织审核评审改进本规定，以便更好的进行安全监测工作。氰化车间主任、副主任及主任助理的相关职责：
认真落实公司安全生产的相关规章制度、特别是本管理规定。监督落实监测工作的情况，并进行相关考核。
当监测工作发现有害气体超标时，应积极组织相关人员撤离工作现场，并查找原因，制定整改方案，落实整改直至符合安全生产要求。
对车间内通风系统、监测系统的运行维护或改造，确保工作场所的有害物质、气体的浓度小于行业标准或在国家规定范围内。班组长职责：
1、认真落实本规定、督促监督本班次各个岗位工人的监测工作。
2、发现监测结果超标时，及时上班车间或公司领导，并组织工人安全有序的撤离工作岗位。
监测工人职责：
1、认真落实本管理规定，认真开展监测工作，并记录相关结果。
2、及时将监测结果上报班组及车间。
3、如发现超标，及时告知相关岗位工作人员，并迅速撤离该区域。要求
1、加强对工作现场的有害气体的安全监测，每班操作人员利用各自岗位的固定或便携式监测设备仪器等，对各自岗位的有毒有害气体进行检测。
2、岗位操作人员要及时检查各自岗位的通风系统的运行情况，如发现问题及时上报车间，及时维护或更换新的通风排气设备，保持工作场所的空气有较好的流通性。
3、当岗位操作人员，发现有害气体浓度超标或报警时，应迅速及时撤离该区域，并通知相关人员的及时撤离。
4、一旦发现有害气体浓度超限，监测人员要立即向班组长、车间领导及值班领导汇报，作业地点其他工作人员应立即撤出危险区，并立即进行通风，直至达到允许浓度方可进行作业，车间要立即组织分析超标原因，提出相应的整改措施，积极落实整改，预防事态扩大化。
本文针对深基坑易引发中毒气体的特殊种类CO,H2S,CO2,研制出了一种能同时并实时检测三种气体浓度并提供声、光等报警信号的新型便携式气体检测仪,对保证操作人员的生命安全起到了重要的作用,具有很强的实用性和较高的市场价值。
1 整体设计
1.1 系统概述
气体检测仪的系统结构如图1所示,由传感器模块、信号调理模块、电源调整模块[2]、按键输入模块、液晶显示模块、报警模块、微控制器模块组成。
气体传感器主要用于准确的检测基坑中有毒气体的浓度。信号调理电路则把传感器输出的微弱的电流量转换成具有一定动态范围的电压信号,并输入到LPC2131的ADC端口进行模拟信号采集,经过信号处理后计算出相应气体的浓度,并送至液晶显示模块;如果浓度超过设定的警戒阈值,则微控制器LPC2131自动发出警报,提醒工作人员采取相应的防护措施。按键输入和液晶显示模块构成了人机交互界面,便于用户完成对检测仪的各种参数的设定。
1.2 硬件电路设计
检测仪的微控制器采用PHILPS公司的LPC2131,它是整个硬件电路的核心。
1.2.1 电源调理模块
电源电路采用9 V电池供电。本例采用宽压输入稳压单输出电源模块ZY0505WRBD-3W,输入电压范围4.5 V～9 V之间,充分提高了电池的使用寿命;稳压输出5 V即保证气体传感器加热电压的精度,又供给SPX1117转化为标准3.3 V电压,供微控制器工作。
1.2.2 传感器及调理模块
传感器作为气体检测仪的核心检测元件,其性能参数决定了本仪器的检测性能。对于有毒有害气体的检测采用电化学传感器,它以恒定电位电解为其基本工作原理[3]。
对于CO2的浓度检测,采用TGS4161型传感器。它的突出特性是ΔEMF与被测气体的浓度成线性关系,由于自带有高温加热电路,只需保证加热电源的稳定,就可以消除ΔEMF随被检气体的温度、湿度的变化情况。
ΔEMF=EMF1-EMF2。
其中,EMF1为CO2浓度为350 ppm时传感器的输出电压;EMF2为被测浓度气体的输出电压。
在信号调理电路中,加入电压跟随器作缓冲级[4],随后经过放大后送至微控制器的ADC输入端,如图2所示。微控制器对转换信号经过计算后,以实现对二氧化碳气体浓度真实值的准确检测。
对于CO的浓度检测,采用CO/CF-200型传感器;对于H2S的浓度检测,采用H2S/M-100型传感器。它们的结构和测试电路相同。传感器中的电极包括工作电极(Working Electrode)、参比电极(Reference Electrode)和计数电极(Counter Electrode)。工作电极和参比电极应形成一个稳定的电压,如图3所示,运放IC2就起到此作用,在该电位下可以发生待测气体的电化学氧化。工作电极响应目标气体,无论氧化过程还是减少气体,都会产生与气体浓度成比例相应大小的电流,电流都由传感器的计数电极产生,经过电流电压变换放大电路后送至微控制器的ADC输入端,对数据进行采集处理,以实现对CO及气体H2S浓度真实值的准确检测。
1.2.3 按键输入
对于按键输入的设计,系统采用了精简输入法,只有4个按键,通过功能复用实现对报警方式设定、报警阈值设定及仪器调零设定等。这些数据要通过IAP写入LPC2131的FLASH中,以保证不必每次系统重启时都对这些参数进行设置。S1代表设置键;S2代表数字增加或功能的向上选择;S3代表数字的减少或功能的向下选择;S4代表确认键。
1.2.4 液晶显示
考虑到主控芯片LPC2131的GPIO口数量,系统液晶显示采用了3.3 V串行通信液晶CM12864-12LSYA-3V,显示检测气体浓度值、电池电量标志及仪器型号等信息。
1.2.5 报警电路
声、光报警采用9014三极管驱动。扬声器采用8 kHz有源蜂鸣器,声音报警时只需由I/O口输出高电平;发光报警采用高亮度LED[5]。
1.3 软件实现
系统可以工作在测量显示模式或参数设置模式,对应的系统程序主要包括初始化程序、信号采集处理程序[6]、浓度计算程序、液晶显示程序、按键输入程序、电池电压检测等多个子模块。主程序是整个系统程序运行的主干线,通过对各个模块程序的协调调用而控制仪器实现相应功能。
2 传感器标定实验
气体传感器的定标分为两步:首先是“零点”设置;其次是“全量程”标定[7]。对于本例所采用的线性传感器,希望找到一条标定直线来拟合测量曲线。
调零是对仪器进行标定时的必须环节,即找出b值。“零点”是气体传感器在相对纯净空气中时,经由A/D转换所采集到的浓度值,此值并不一定为零,但我们视其为检测仪的“零点”,即b值。
采用平均斜率法进行全量程标定。每次采用表样气体进行试验,气体浓度值为xi,此时对应传感器的输出值为yi,把b,xi,yi三值代入公式中,便可以求得ki,最后k=∑ki/n,其中,n为进行试验的样本数。
从表1～表3中可以看出,气体传感器都呈现出了较好的线性关系,kCO2=0.028 64,kCO=0.008 272,kH2S=0.029 87
3结语
本便携式深基坑有毒有害气体检测仪,具有体积小巧、携带方便、操作简单、灵敏度高、工作稳定、性能优良等优点。目前,本仪器已完成了样机研制。
摘要：提出了以LPC2131微控制器为核心,使用多传感器检测技术,实现对CO,H2S,CO2等深基坑有毒有害气体检测仪的设计方案,详细阐述了其硬件结构、软件设计、传感器的标定方法以及其实现的功能,并指出该仪器具有低功耗、高精度、工作稳定、操作简便以及功能齐全等特点。
关键词：LPC2131,多传感器,有毒气体检测,标定
参考文献
[1]李秋生,胡璇.建筑基坑突发性中毒事故的原因及对策[J].建筑安全,2000,2(1):6-7.
[2]童诗白,华成英.模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2003:470-550.
[3]吴元忠,胡钢.基于ATmega128L的瓦斯检测报警装置的设计[J].工矿自动化,2007,12(1):68-70.
[4]David Culler,Deborab Esrtin,Mani Sivastava.Overview of Sen-sor Networks[J].IEEE Computer Society,2004(8):93-94.
[5]赵茂泰.智能仪器原理及应用[M].北京:电子工业出版社,2004.
[6]李锡文,杨明金,谢守勇,等.基于神经网络信息融合的铣刀磨损状态监测[J].农业机械学报,2007,38(7):160-163.
本文介绍了儿童家具中常见的有毒有害物质及其危害，并对不同的有害物质的检测方法进行了总结，希望能对消费者和生产企业带来一点深层次的了解。
随着我国改革开放的发展，人民生活水平的提高和居住条件的改善，越来越多的儿童都有自己独立的房间，家长为了给孩子创造良好的成长环境，纷纷购置儿童家具。目前，市场上大多数儿童家具产品只是外表色彩鲜丽，其设计和用材与普通家具并无多大差异。鉴于儿童正处在身体发育成长的关键阶段，儿童家具的产品质量和环保性能一直受到社会各界的极大关注。
用于制造儿童家具的材料多种多样，不同的材料可能含有不同的有毒有害物质，主要有甲醛、挥发性有机化合物、可迁移元素、禁用偶氮染料、邻苯二甲酸酯等。如果儿童长期与这些环保指标不合格的家具为伴，会严重危害儿童的身体发育和健康。我们长期从事家具产品中有害物质的检测和研究，并广泛收集国内外相关资料，分析国内外的检测技术，对儿童家具中存在或可能存在的有毒有害物质及其检测进行全面分析。
儿童家具中主要有害物质及其危害
1.甲醛
甲醛是一种无色有强烈刺激性气味的气体，主要存在于儿童家具中的胶合板、纤维板、刨花板等人造板和表面涂层中。它是一种破坏生物细胞蛋白质的原生质毒物，会对人的皮肤、呼吸道及内脏造成损害，麻醉人的中枢神经〔1〕。世界卫生组织确认甲醛是致畸、致癌物质。由于儿童抵抗力弱，吸收能力强，排出能力弱，并且差不多处于和甲醛漂浮的相同高度，所以儿童容易吸入大量甲醛，又由于儿童还在发育期，器官等发育还不完善，如果受到甲醛的侵害，那损伤是不可预计的。
2.挥发性有机化合物（VOC）
VOC是指在常温下，沸点为50℃-250℃的各种有机化合物，主要成分有：烃类、卤代烃、氧烃和氮烃，它包括：苯系物，有机氯化物，氟里昂系列，有机酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烃化合物等。在常温下可以以蒸发的形式存在于空气中，主要来源于家具表面涂装所使用的溶剂型涂料残留的释放。当房间里VOC达到一定浓度时，会引起头痛、恶心、呕吐、乏力等症状，严重时甚至引发抽搐、昏迷，伤害肝脏、肾脏、大脑和神经系统，造成记忆力减退等严重后果〔2〕。
3.可遷移元素
可迁移元素主要来源于家具表面涂装的各种涂料。儿童家具标准表面涂层可迁移元素与现行的欧标EN 71、GB 6675 和GB 21027 等一致，分别为铅、镉、铬、汞、锑、砷、钡、硒，比GB 18584《室内装饰装修材料 木家具中有害物质的限量》 增加了4个可迁移元素。儿童常用手接触家具，吮吸手指摄入大量的可迁移元素，这些可迁移元素在人体内和蛋白质及酶等发生强烈的相互作用，使他们失去活性，也可能在人体的某些器官中累积，造成慢性中毒。这对儿童健康发育造成极大的危害。
铅含量超标在重金属检测中最为普遍。颜色鲜丽的涂层含铅的可能性更大，有测试表明，23个含铅油漆的样本中，橙色油漆的含铅量最高，其次为黄、绿和棕色。而儿童家具多以颜色鲜丽的涂层为主。医学研究发现，儿童对铅的吸收能力约为成人的5倍。铅几乎可以破坏人体内每一个器官，会损害胎儿和儿童的脑发育。铅中毒的长远影响可能会导致孩子学习障碍，行为问题，甚至智力迟钝，铅中毒对儿童的伤害是永久性的。
4.邻苯二甲酸酯
邻苯二甲酸酯是一类能起到软化作用的化学品，主要用于儿童塑料家具中让硬性塑料变为有弹性的塑料，起到增塑剂的作用。由于过量的该物质会危害人的肝脏和肾脏，对儿童危害尤其大，甚至可能导致儿童的性早熟。
5.禁用偶氮染料
偶氮染料，即是偶氮基两端连接芳基的一类有机化合物，是纺织品、皮革在印染工艺中应用最广泛的一类的合成染料，用于多种天然和合成纤维的染色和印花，也用于油漆、塑料、橡胶等的着色。并非所有偶氮染料都有毒和禁用，某些类型的偶氮染料在人体正常代谢所发生的生化反应条件下，可能发生还原反应，进而分解出致癌的芳香胺[3]。GB/T 17592-2006《纺织品 禁用偶氮染料的测定》中规定了24中禁用芳香胺化合物。
儿童家具中有害物质检测方法
1.儿童家具中甲醛的检测方法
目前，我国对家具中甲醛的检测方法有干燥器法、气候舱法；对人造板中甲醛的检测方法有萃取法、干燥器法、气候舱法。
儿童家具标准规定了“产品木制件甲醛释放量应符合GB 18580的要求（产品标准对甲醛释放量有要求的，按产品标准的规定执行）”。对于木制儿童家具而言，属于“产品标准对甲醛释放量有要求的”，应该符合 GB 18584的要求，即采用干燥器法进行检测。对于儿童家具中除木家具外的所有家具，其使用的人造板木制件均需要符合GB 18580标准的要求。
2.儿童家具中VOC的检测方法
国内外对检测VOC的通常方法是气相色谱法或气相色谱质谱法（GC-MS） [4]，我国现行的家具标准还未对VOC进行限量，但新修订的GB 18584对其进行了严格的限定。采用的方法是将木家具放入一定体积的气候舱内，达到规定时间后，利用Tenax TA采样，GC-MS检测。
3.儿童家具中可迁移元素的检测方法
目前我国大部分家具标准指定采用原子吸收法测定涂层中的可迁移元素，但该方法操作繁琐、检测周期较长。采用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES），具有分析速度快、准确度高、可同时检测多种元素等优点。
4.儿童家具中邻苯二甲酸酯的检测方法
邻苯二甲酸酯检测方法已非常成熟，国内外都发布了检测标准。一般是用有机溶剂萃取后用GC-MS进行检测。
5.儿童家具中禁用偶氮染料的检测方法
禁用偶氮染料的检测原理，是用不同的方法把织物或皮革中的禁用偶氮染料萃取下来，进行还原分解，再用乙醚或叔丁基甲醚萃取还原得到的芳香胺，经过浓缩，定容后再对还原产物用 GC-MS或高效液相色谱来进行检测。
结语
以上的有毒有害物质是儿童家具及原辅材料中常被检出的，目前国际和我国对这些有毒有害物质的限制越来越严格。同时消费者在选购儿童家具的时候，除了比较价格外观质量之外，也一定要增强环保意识。同时，儿童家具企业必须要严格把控原材料的质量，维护社会各方利益、保护儿童身体健康成长。
有毒有害气体作业场所安全大检查自查报告
根据《自治区安委会办公室关于立即开展全区有毒有害气体作业场所安全大检查的紧急通知》及集团公司有关文件要求，我公司在8月16日召开全体员工会议，并对有害气体作业场所进行专项检查，严防各类安全生产事故发生，确保正常供水。现将自查情况汇报如下：
一、高度重视，落实责任
认真学习文件精神，结合本单位实际情况，公司安全领导小组现场划分责任，将责任落实到个人，将设备管理承包到个人，有效保障了安全运行。
二、建立健全有限空间管理制度
企业管理工作遵循“谁主管，谁负责”原则，依法建立和完善有限空间管理制度，建立药品存放安全管理制度、加药安全操作规程，及预防事故应急预案。
公司对净化水质所需化学品亚氯酸钠、高锰酸钾、盐酸、碱式氯化铝（絮凝剂）进行专人专项管理。企业负责人是化学品管理工作第一责任人，对本单位化学品管理工作负总责；部门负责人对化学药品管理工作负直接责任；生产使用人员负责具体管理工作。规定有限空间作业必须严格执行“先检测，后作业”流程，不得进行单人操作，没防护用品不得进行作业。
三、精细部署，全面排查
经过紧密部署，制定全面的排查方案，于8月23日启动全厂有限空间作业大检查。针对较危险的有限空间进行重点检查，包括加药间、制药间、储药间、化粪池等。突出排查员工的防范意识、作业防护用品、作业现场监督、现场危险识别、及应急救援薄弱环节存在的事故安全隐患等。
在检查中对发现的隐患，已备案并投入整改。对发现的问题及情况，完善了有限空间作业、有害气体检查、药品管理、加药操作等安全管理制度，强化了风险作业管理能力，针对危险的作业流程也有了更全面的控制措施。
三、加大宣传，提高意识
为提高员工安全意识，公司组织集中宣传教育培训。以板报、标语等形式，广泛宣传有毒有害气体的危害性、危害场所和预防措施。对于重点岗位工作人员进行专项培训，掌握危险作业流程、应急措施等，努力做到人人皆知，切实提高员工预防有毒气体中毒的意识和能力。
通过培训宣传使全体员工有了更深刻的安全认识，充分认识各类有毒有害气体的危险性，也更好地掌握安全知识和技能，全面提升安全工作能力，坚决杜绝事故此类发生。
四、完善防护硬件配置
在进一步完善减轻有限空间软件建设同时，积极加强硬件设备购置。为员工配备防护口罩、防酸碱手套、防毒面具等防护用品。为有限空间作业的安全性提供了有力保障。
通过此次安全自查，我公司安全生产运行总体情况比较平稳，没有发现重大安全隐患。坚决克服麻痹松懈的侥幸思想，切实查找安全隐患，保障供水安全。
超限应急预案 郑新鑫旺（新密）煤业有限公司
瓦斯、一氧化碳及其它有毒有害气体超限应急预案
一、事故类型和危害程度分析
井下发生瓦斯超限、局部瓦斯积聚可能造成窒息事故，造成人员伤亡，严重时还可能引发瓦斯、煤尘爆炸事故，造成大量人员伤亡及财产损失。发生其它有毒有害气体超限时，可能会造成中毒或窒息事故，严重时会造成人员伤亡。
二、应急处置基本原则
1、以人为本，安全第一。发生有毒有害气体超限时，应急处理及救援工作要始终把保障员工的生命安全和身体健康放在首位，切实加强应急救援人员的安全防护，保证员工的人身安全。
2、听从指挥，统一行动。发生有毒有害气体超限时，由本预案中设置的指挥中心全权负责事故抢险救护工作的指挥和调度。预案中涉及的各相关部门、单位必须服从指挥中心的统一指挥。
3、协调组织、保障供给。相关单位要做好事故救援的协调组织工作，保障救援必须的人、财、物的供给。
三、应急组织体系
安全生产事故救援组织体系由郑新公司应急救援指挥部、裴沟煤矿救护中队、矿辅助救护队、矿应急救援指挥部组成。
（一）指挥机构及职责 总 指 挥：张建军
副总指挥：曲贞康 曹传启 申广钦 彭学辉 秦万洲 成 员：于占涛 罗占军 郑观灿 秦万洲 宋发林 岳战国 宋书灿 宋万森 王志刚 于水央 一旦发生事故，事故处理分5个小组进行。
1、技术处理组： 组 长：曲贞康
成 员：王志刚 郑观灿 马亚超 职责任务：（1）立即组织查明事故原因，性质、危害程度等。（2）组织区域内人员，采取措施进行处理
2、抢险救灾组： 组 长: 彭学辉
成 员：王志刚 宋亚楠 郑煤集团救援中心
职责任务：调集并组织矿辅助救护队进行事故抢险工作。负责组织救治伤员，安抚受害者家属。
3、后勤保障组： 组 长：秦万洲
成 员：宋书灿 于水央 职责任务：
（1）负责调集人员、车辆及救灾物资，组织事故现场人员疏散。（2）负责与外单位的协调工作。
4、医疗救护组： 组 长：秦万洲
成 员：宋书灿 集团公司总医院医疗系统成员 职责任务：
（1）组织人员迅速赶赴事故现场，制定救护方案，抢救伤员。（2）协调各大医院对事故现场中受伤人员及时进行救治。
5、事故调查组： 组 长：曹传启
成 员：王志刚 郑观灿 马亚超
职责任务：调查事故经过和原因，追查事故责任，负责制定事故调查、分析报告。
四、预防与预警
（一）预防措施
1、通风科应加强通风系统管理，杜绝风量不足及无风、微风作业现象。
2、通风科应严格执行瓦斯检查制度，掘进揭露老巷或过断层，采区开拓巷道第一次揭煤时，必须制定专项瓦斯管理措施。采掘作业期间，发现瓦斯或其它有毒有害气体异常涌出时，必须停止工作，撤出人员，制定措施，进行处理。
3、通风科应加强防灭火管理，杜绝自然发火现象，防止因自然发火导致一氧化碳超限。
4、恢复已封闭的停工区或采掘工作面或接近这些地点时，必须事先排除其中积聚的瓦斯及其它有毒有害气体。启封密闭，必须制定专项安全技术管理措施，由救护队启封。
5、调度室要搞好监测系统管理，通过安全监测系统24h监测井下相关地点瓦斯及一氧化碳涌出情况。
6、加强局部通风管理，杜绝无计划停电停风。
（二）预警行动
1、矿井发生有毒有害气体超限事故后，现场人员要立即汇报矿调度室，并由矿调度室调度值班人员将现场情况汇报总指挥，并根据总指挥安排进行下一步工作。
2、矿井发生有毒有害气体超限事故后，指挥中心应及时将现场情况汇报郑新公司（具体汇报程序见图4－1）。
五、应急响应
（一）响应分级
根据有毒有害气体超限事故的可控性、严重程度和影响范围，将事故分为A、B两类，事故发生时，执行相应的应急响应程序。
（二）事故应急响应程序
1、A类事故应急响应程序
（1）根据总指挥指示，由调度室通知各救援小组成员立即到调度室集中。
（2）调度室和应急指挥中心进一步了解事故情况，查明事故原因。（3）指挥中心研究、决策事故处理方案，确定各救援小组工作要求，各成员单位按照应急救援方案认真履行各自的职责。
2、B类事故应急响应程序
矿调度室值班员应立即通知通风值班员赶到矿调度室，由通风科值班人员查明事故原因，组织人员进行处理。
（三）事故处理程序
1、A类事故的应急处理措施
（1）正常作业的采掘工作面瓦斯突然涌出造成瓦斯超限的应急措施：
①现场作业人员的应急处理程序：
现场作业人员必须立即停止工作，由现场管理人员、班组长组织撤到全风压进风巷道新鲜风流中，并汇报调度室。撤离前必须按照调度室要求切断工作地点机电设备电源。因瓦斯异常涌出造成出现人员窒息、伤亡时，要在保证自身人身安全的情况下搞好自救、互救。撤离期间要尽可能通知沿途受灾害影响区域人员一同撤离到安全地点。
②调度室接到汇报后的处理程序：
a.立即通知可能受灾害影响范围内作业人员撤到采区进风大巷新鲜风流中。
b.通知矿长、总工程师、通风科科长、矿值班领导、事故单位主要领导及各救援工作组成员赶到矿调度室成立救灾指挥小组，研究事故处理方案，同时通知郑煤集团就按中心和矿辅助救护队赶到事故地点组织抢险救灾。
③指挥小组成立后的工作程序：
a.根据现场有毒有害气体及人员撤离情况判断可能受灾害影响区域人员伤亡情况、撤离情况，明确需要救护地点人员、救护路线等，并安排救护队组织营救。
b.组织制定合理有效的处置方案，并落实救护队组织实施。需要调整通风系统时，由通风科负责制定方案，通风队、救护队负责落实。
④郑煤集团救援中心接到通知后的应急处理程序： a.救护人员按照规定时间赶到矿调度室。b.简单了解事故发生地点、范围等现场情况。c.下井实施救护工作。
d.到达事故现场后首先在安全地点设立临时救护基地。
e.安排救护人员分组进入灾区，按救灾指挥小组指示，组织营救可能受伤人员，查找遇险、受伤人员并积极组织抢救。
⑤事故处理注意事项
a.若事故造成人员伤亡时，应先救人，后救灾。
b.若有毒有害事故不能在24h内处理完毕，则必须在24h内对灾区进行封闭。
c.若因火灾造成一氧化碳超限时，一并执行火灾事故应急处理预案。d.独头巷道发生有毒有害气体超限时，由调度总指挥决定是否停止局部通风机运转。
2、B类事故的应急处理措施
a.井下采掘工作面风流中及其作业地点瓦斯浓度达到1.5%时，安全监测系统必须切断采掘工作面所有非本安型电气设备的电源（如安全监测系统不能切断电源，现场作业人员必须手动切断所有机电设备电源），井下现场作业人员必须立即停止工作，所有人员必须立即撤离到采区主要进风巷中，并汇报调度室，调度室值班员立即通知通风队值班人员下井组织查明原因，同时汇报矿值班领导、总工程师、通风队值班人员未到达现场前，由瓦检员和安监员在现场监护瓦斯变化情况及撤人情况，并及时向调度室汇报，查明原因后，应将现场实际情况及时汇报矿调度室，由通科长组织制定处理措施。措施要汇报矿总工程师并经同意后，由通风科负责组织实施。
b.采掘工作面及其他巷道内，体积大于0.5m3空间内积聚的瓦斯浓度达到2.0%时，附近20m内必须停止工作，撤出人员，切断电源，并汇报矿调度室和通风队值班人员，安排瓦检员负责查明原因，瓦检员在查明原因后，应将现场实际情况及时报矿调度室和通风队值班人员，由通风科值班人员制定处理意见，并现场组织处理瓦斯积聚。
c.采掘工作面及其它巷道风流中瓦斯浓度超过3.0%时，必须立即汇报矿调度室。调度室立即通知采区内所有作业人员撤至采区主要进风巷中，并汇报矿值班领导、矿总工程师、矿长。按照瓦斯事故处理措施，立即汇报郑新公司、集团公司，要求公司救护队立即出动，赶赴现场查明原因。排放瓦斯前，必须制定安全排瓦斯措施，并严格按〈煤矿安全规程〉“一通三防”办法中的有关规定报批。如不能立即处理时，必须在24h内封闭工作面。
六、后期处置
1、安监科、通风科负责组织对事故原因进行分析，查清事故原因，落实解决方案。
2、办公室负责做好伤亡员工家属的安抚工作，做好受伤者的医疗救护工作，协调工伤保险的理赔工作。
3、保卫科负责维护好事故后的社会治安，确保正常的生产生活秩序。
七、抢险救援物资的保障
1、调度室要保证矿井通讯系统的畅通，保证事故发生后，相关信息传递的及时准确。
2、供应科负责组织事故发生后抢险救灾必需的应急救援物资、器材、设备的供应。
3、矿辅助救护队负责保障抢险救灾物料、设备的井下运输。
4、办公室、供应科要备好铁锨、木板、消防水管、水泥、沙子、黄土等必备救灾物资，事故处理期间，必须安排好装卸人员保证救灾物资随要、随装、随运。
室内有害气体检测及处理方法研究
摘要：本设计是气体处理与报警于一体的检测系统,由室内处理系统和电话报警系统组成,起到既能自动排除有害气体又能及时远程报警的`作用.室内处理系统可在室内有害气体达到一定浓度时自动开动排风扇排除有害气体,并发出声、光报警,通知室内人员.电话报警系统通过一个单片机控制系统与电话网相连接,当事故发生时,单片机开始执行中断程序,启动拨号电路,播放事先录制好的话音.作 者：张国胜 杜坚 杨志明 ZHANG Guo-sheng DU Jian YANG Zhi-ming 作者单位：西南石油大学,研究生院,成都,610500期 刊：仪器仪表用户 Journal：INSTRUMENTATION CUSTOMER年，卷(期)：,17(3)分类号：X851关键词：气体检测 单片机 远程报警
随着国内外消费者绿色消费意识日益加强,人们对产品安全无害化的要求也越来越高。而由于制革技术的特殊性,皮革及合成革生产过程中可能会加入一些对环境有害的化学品。许多西方国家已通过立法的形式对这些物质的限量做出了明确的规定。因此,皮革及合成革制品中涉及安全卫生的有毒有害物质的分析检测,也就显得尤为重要。本文对皮革以及合成革产品中有毒有害物质的来源与检测进展做了系统的介绍,主要针对甲醛、六价铬、 含氯苯酚、偶氮染料、致癌燃料、致敏染料、富马酸二甲酯、邻苯基苯酚、增塑剂、重金属、烷基酚类化合物、阻燃剂、二甲基甲酰胺等有害物质进行了分析讨论。
2有毒有害物质检测
2.1甲醛
甲醛是一种无色易溶的刺激性化学物质,对人体主要危害表现为对皮肤粘膜的刺激作用,以及对皮肤直接接触的致敏性作用。合成革中的甲醛,一般采取先萃取甲醛,加入显色剂后,再用紫外可见分光光度仪在特定的波长下检测[1]。韩军等建立超高效液相色谱法测定皮革中甲醛含量,该方法避免了采用比色法测定深色合成革样品时色素对测量结果产生严重干扰,并体现良好的线性相关性和较小的标准偏差[2]。
2.2六价铬
六价铬是最易导致过敏的金属之一,皮肤接触会造成溃疡或过敏反应。六价铬的检测方法主要包含原子吸收法、分光光度法、电化学分析法、色谱法、荧光分析法等,其中分光光度法检测六价铬是最为普遍应用的方法。该方法用磷酸盐缓冲溶液萃取可溶性Cr(Ⅵ),萃取液于酸性条件下与显色剂二苯卡巴肼反应,将其氧化为紫红色二苯卡巴腙络合物,用分光光度计在适当的波长条件下测定其吸光度,并计算可溶性Cr(Ⅵ)的含量[3]。但是传统的比色法只能检测浅色合成革制品中的六价铬含量。
Rius T等曾报道利用C18固相萃取柱进行脱色检测,但由于价格昂贵且脱色容量低,未能广泛推广应用[4]。牛增元等采用石墨化碳黑固相萃取柱,对深色革产品提取液进行脱色,解决了有色皮革中六价铬含量的测定难题。胡玉军等用聚氯化铝絮凝剂分离三价铬,建立了电感耦合等离子体发射光谱法(ICP)测定皮革中六价铬的方法,该方法相关系数0.9999,检出限为0.9 mg/kg,回收率大于95%[5]。蔡丽蓉等先将深色提取液经C18柱净化,再用液相色谱法检测六价铬,检出限达到1 mg/kg[6]。
2.3重金属
皮革及合成革制品中重金属主要为砷、镉、铬、 铜、钴、汞、铅、锑、硒和镍等10种。目前测试皮革中重金属的方法主要有火焰原子吸收光谱法[7,8]、石墨炉原子吸收光谱法[9]、氢化物- 原子吸收光谱法[10]、 原子荧光光谱法[11]、电感耦合等离子色谱法等[12]。革制品重金属含量测试主要分为可萃取的重金属含量和合成革制品重金属总量。前者主要是采用酸性汗液萃取合成革制品种的可溶性重金属进行测试。 后者一般采用微波消解的方式彻底分解合成革制品以测定其重金属总含量。前者主要通过模拟人体皮肤出汗状态对合成革制品的重金属含量进行分析判定,而后者主要是重点分析合成革自身的重金属总量。
传统分析方法要么需要危险的可燃气体(如原吸法的乙炔),要么需要较为昂贵的惰性气体氩气。 吴春华等采用微波等离子体原子发射光谱仪(MP-AES) 同时测定9种皮革和纺织品中的As、 Cd、Co、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Sb等重金属元素的总量。 结果表明该方法测定的各元素具有良好的线性相关性,测定时只需空气和氮气,避免了危险可燃气体和昂贵惰性气体的使用[13]。
2.4含氯苯酚
革制品中含氯苯酚物质可分为两种:四氯苯酚和五氯苯酚。含氯苯酚对人体具有较强的致癌、致畸、致突变性。国内外的皮革以及合成革制品都对含氯苯酚的限量值有严格的要求。其检测方法主要有气相色谱法和液相色谱法。含氯苯酚的检测关键是含氯苯酚物质的提取。目前提取方法主要有水蒸气蒸馏提取技术和液液提取技术。两种方法最后都要将提取的含氯苯酚进行乙酰化处理后进行分析。
童成豹等建立了革制品中痕量五氯苯酚的液相色谱同位素稀释质谱联用的检测方法,提高了复杂样品中痕量物质的检测灵敏度,简化了色谱分离过程,提高了分析效率[14]。李琳等建立加速溶剂萃取- 高效液相色谱法,降低了皮革制品中五氯苯酚检测用溶剂使用量,缩短了萃取时间[15]。蒋小良通过不同萃取方法检测含氯苯酚的研究中发现,丙酮的萃取效果最佳[16]。
2.5邻苯基苯酚
邻苯基苯酚是一种较好的消毒剂和防腐剂,常用于塑料、涂料、皮革等的防腐防霉处理。目前纺织品中邻苯基苯酚的检测多采用气相色谱- 质谱联用法进行。合成革制品的邻苯基苯酚一般参照该方法进行。刘卓钦等建立了同时测定皮革中邻苯基苯酚和7种含氯苯酚的GC-MS联用分析方法,较好的提高了检测效率并节约了化学试剂的使用量[17]。
2.6偶氮染料
偶氮染料广泛应用于皮革、合成革的染色及印花。偶氮染料具有致癌性,人体会吸收皮肤接触的偶氮染料。因此,国内外标准法规对偶氮染料限量值都有严格的要求。皮革及合成革中偶氮染料检测的方法主要有液相色谱法和气质联用法。偶氮染料检测的难点是前期的提取技术、多组份峰分离以及假阳性判定。目前主要有相萃取技术、超临界流体萃取技术、微波萃取技术等[18]。温裕云等建立了超高效液相色谱- 串联质谱法(UHPLC-MS/MS)快速测定革制品中偶氮染料释放的致癌芳香胺物质的方法,能有效去除基体杂质干扰和假阳性现象[19]。
2.7致癌染料和致敏染料
致癌染料和致敏染料指的是分散蓝、分散橙等化学物质。目前国外法规对这类物质也有严格的要求。合成革还没有此类物质的专门的法规标准,检测方法多参照纺织品的检测标准,即高效液相色谱- 质谱法和高效液相色谱- 二极管阵列检测器法[20]。 由于染料成分复杂、法规标准所列化合物信息时常不一致,国内仍需尽快建立起专门的皮革制品致癌染料和致敏染料检测方法标准。
2.8富马酸二甲酯
合成革制品中的富马酸二甲酯主要源于使用的干燥剂或防霉剂,起防潮防霉作用。残留在合成革制品中的富马酸二甲酯与皮肤接触,容易引起接触性皮炎,严重时会灼伤皮肤。目前,合成革还没有专门的富马酸二甲酯检测方法,一般参考皮革制品富马酸二甲酯的检测方法,主要为高效液相色谱法[21]、 气相色谱- 质谱联用法[22]。富马酸二甲酯检测的关键是样品的前处理。王云玉等建立了气相色谱- 质谱联用顶空进样的方式检测革制品中的富马酸二甲酯,结果表明该方法方便可靠,能极大减少化学试剂的使用[23]。马贺伟等在对HPLC和GC-MS检测皮革中富马酸二甲酯效果对比研究中发现,GC-MS法能有效避免样液中杂质的干扰,在富马酸二甲酯的定性及定量分析中更具优势[24]。
2.9增塑剂
增塑剂即邻苯二甲酸酯类化合物主要作为增塑剂的形式添加在合成革制品当中。该类化合物能使啮类动物肝脏致癌,会导致人类和动物有雌性激素效应。目前合成革中邻苯二甲酸酯类增塑剂的检测方法一般参照皮革标准,主要为气相色谱- 质谱联用法。易碧华等采用固相萃取技术以及GC-MS法首次建立了合成革中的邻苯二甲酸酯类增塑剂含量的方法[25]。陈建煌建立了高效液相色谱测定皮革制品中多种邻苯二甲酸酯类增塑剂的方法[26]。吴泽颖等[27]建立了快速筛选皮革中邻苯二甲酸酯类增塑剂的方法(离子迁移谱法)。邻苯二甲酸酯类增塑剂的测定一直是皮革制品中的难点,目前GC-MS法检测居多,但是检测过程仍然比较复杂,繁琐。
2.10烷基酚类化合物
烷基酚聚氧乙烯醚类化合物(APEO)是一种比较常规的非离子表面活性剂,由于具有优异的渗透、分散、乳化、增溶等性能而被广泛应用于皮革行业。目前国内对于合成革中APEO的检测并没有没有公认的较满意的方法。样品预处理常用方法有: 索氏萃取、液- 液萃取、固相萃取、固相微萃取等。 检测APEO方法主要有:气相色谱- 质谱联用法、 高效液相色谱- 质谱法等。温裕云等建立了液相色谱- 质谱法测定皮革中烷基酚类物质的分析方法, 回收率92%~107%[28]。马贺伟等基于三碘化铝裂解技术建立了气相色谱- 质谱(GC-MS)对APEO的检测方法,从本质上消除了因目标物分子中环氧乙烯单元数的差异而导致结果的不稳定[29]。
2.11二甲基甲酰胺
N,N- 二甲基甲酰胺(DMF),主要用于湿法合成革生产,具有很强的毒性。因此,合成革中有害物质DMF的检测尤为重要。李劲光等用二氯甲烷超声提取PU人造革中的DMF,建立了气相色谱- 质谱联用法检测DMF的检测方法[30]。该检测方法前处理方法简单,提取效率高,仪器方法灵敏度高。
3结语
接触有毒有害物质工作岗位告知书
根据职业病防治法有关规定，特对我公司涉及职业健康危害情况告知如下：
一、职业危害因素及后果
1、从事井下作业岗位工作人员会接触粉尘（矽尘、煤尘）,可能导致矽肺煤工尘肺。
2、从事电焊作业岗位工作人员会接电焊烟尘，可能导致电焊工尘肺及锰中毒。
3、从事接触铅苯酸、TNT等岗位工作人员可能导致职业中毒。
4、从事洗煤厂噪声环境岗位工作人员可能导致职业性噪声聋。
5、从事洗煤厂接触放射源岗位工作人员可能受到辐射。
二、职业病防护措施：
1、根据《煤矿安全规程》中关于矿井综合防尘的规定，设置好防尘、防爆设施。
2、根据工种岗位要求，按时发放劳动保护用品。
3、未经职业健康检查的员工及有职业禁忌、孕期哺乳期女职工不得从事有接触职业病危害的作业。
三、健康监护
公司每年按规定对接触有毒有害物质人员进行职业健康查体，为其建立职业健康档案。查体结果及时告知员工本人。对查体有问题人员及时安排复查和会诊。体检机构为开滦预防保健中心职业病防治所。
四、职业病待遇
经职业健康查体确诊为职业病及疑似职业病人员，调离接触有毒有害物质岗位。确诊患有职业病的员工，进行岗位调整、调离接尘岗位。鉴定为1—4级的职业病人员，退出工作岗位，享受工伤保险相关待遇。定期为职业病患者进行康复治疗。
被告知员工：吕家坨矿业分公司
介绍：
有毒气体电解质传感器是设计用以监测在周围空气中存在的多种有毒气体的传感器。传感器能检测有毒气体的种类及检测范围的广度都是在业内首屈一指 的。这种传感器是三个电极的电化反应型。每一个传感器都是一个反应浴，三个 电极都被置于电解液中被包在一个气体扩散膜下。通过改变电极或电解液的组成 成份就可对传感器的灵敏度及针对的被测气体进行整定。本传感器在多数工业坏 境下一般的工作寿命在两年以上。
工作原理
空气和被测气体通过扩散膜扩散到感应电极上。控制电路在感应电极和对电 极之间维持一个足以开始电化学反应的电压。在被测气体的作用下产生的电化反 应在两极之间形成电流。这一电流的强度与被测气体的浓度成比例，并且是可逆 的。控制电路还在感应极和对电极之间形成偏置电平，这种电平在两极之间不形 成电流。传感器的快速反应使它能够对周围空气进行实时、连续的检测。电解质传感器是最广泛应用的有毒气体探测技术。虽然在其些特定的应用场 合，也有其它的效果好的传感器，（如固体氧化物半导体传感器以及光学电离传 感器），但电解质传感器一直都是公认的检测多种有毒气体的理想产品。Detcon 公司生产电解质传感器已有多年的经验，其产品在实际应用吸取经验，最好地体 现了该技术的众多优点。
关键词：ZigBee无线网络,STM32F103,气体传感器,数据采集,数据传输
随着工业的发展,各种有毒气体和易燃气体,危害着人们的生产生活,特别是H2S,CO和 CH4 等有害气体更是对安全生产和群众的生命安全造成巨大的威胁。研究便携的、智能化的、能够无线传输的有害气体浓度检测装置,会给人们的生产、生活带来安全保障。
1 系统设计方案
有害气体检测系统设计结构框图如图1所示,共分为4个部分:气体检测模块、数据采集模块、 ZigBee无线网络传输模块、电源监测管理模块等[1]。
气体检测模块包含传感器和信号调理电路,传感器获取的被测气体的模拟信号,经由微控制器STM32F103的3个A/D通道,进行数模转换和数据换算,得到气体浓度。
数据采集模块包含以 STM32F103[2]为核心的A/D数据采集电路和 JTAG、ISP、UART电路。ZigBee无线网络传输模块采用周立功公司的ZICM2410模块实现。
电源监测管理模块是为了保证系统在外部供电异常或没有外部供电的情况下能够正常工作,并通过 STM32F103的I/O接口控制,从而在不需要采集数据时降低功耗。
2 系统硬件设计
2.1 气体检测模块
2.1.1 H2S,CO检测电路
H2S,CO传感器采用三端电化学气体传感器,其工作原理是利用化学原理将探测器置于待测气体中,待测气体和探测器中的化学物质发生化学反应,通过测量化学反应产生的电流来测量气体浓度。
H2S传感器采用美国RAE公司的4H2S-100电化学传感器;CO 传感器采用英国 MRB 科学公司的 S+4CO电化学传感器。
该检测电路由传感器和调理电路[3](恒电位电路和I/V 变换放大电路)组成。电化学传感器在恒电位模式下工作,其输出的微弱电流无法满足A/D转换的检测电压要求,因此采用高增益,低噪声TLC27L2CD运算放大器,将输出电流转换并放大成STM32F103 的A/D可以检测的电压范围。
H2S、CO检测电路原理图如图2所示。R4,R5,C2,U1B 构成恒电位电路,当反应过程中 S,C 两极间电压发生变化,该电路能够自动调节电位,其中 R4,C2作用为低通滤波。Q1为结型场效应管 IRF4905,当接通工作电路时,Q1会处于高增益工作状态。而当电路断电时,参考电极R和感应电极S之间短路,传感器保持在就绪状态,再次上电时可以缩短传感器的启动时间。R3,C1对输出信号进行滤波,R6,R7为传感器提供500 mV偏置电压 VBias。
当传感器置于被测气体中,S 极上的反应将被测气体氧化,生成的氧化物向传感器外扩散,传感器内产生出氢离子和电子。氢离子通过电解质向C极迁移,此过程会留下负电荷堆积在S极。电子从S流出经过电阻R1到放大器(U1A)的反向输入端,放大器配置成一个跨阻放大器,将工作电极送来的信号电流变换为一个与所测气体的浓度成比例的电压信号。输出电压 U=IS×R2+UVBias。
2.1.2 CH4检测电路
CH4传感器为催化燃烧式传感器,其工作原理是将由气敏材料制成的探测器置入待测气体中,在电源供电的环境中,待测气体在催化剂的催化作用下发生氧化反应,即无焰燃烧,从而使探测器中铂丝电阻的阻值发生改变,通过测量探测器电阻值变化来获取气体浓度值。
设铂丝电阻值的变化量为ΔR,则
式中:a为气敏传感器的温度系数;ΔT为气体燃烧时温度上升值;C为气敏传感器的热容量;m为气体的浓度;Q为气体分子的燃烧热;α为系数。
由于气敏传感器的结构、材料确定后是固定不变的,则气敏传感器电阻变化值与被测气体的浓度成正比,即ΔR=αKm,从而知道测出传感器的电阻变化值,就可以测得气体的浓度。
CH4气体传感器采用 MJC4/2.8J型催化燃烧式传感器。该CH4检测电路原理图如图3所示,由传感器、电桥和差动放大器组成。S1 中的 Rh 与 Rf 为传感器内部电阻(Rh为补偿元件,Rf为检测元件),外部 R1、R2、Rf 构成平衡电桥,Rf 用于调节偏压。U1A 作用为差动放大,输出信号经 R7、C1 滤波后进入STM32F103的A/D端。传感器工作电压(电阻丝加热电压)为 2.8 V,由 3.3 V 电源经 1N4148 降压得到。
2.2数据采集模块
数据采集模块电路原理图如图4所示,三种气体检测模块的输出端连接至STM32F103的PC0~PC2端[4],对传感器采集到的模拟电压进行A/D转换,并对转换后的无量纲数据进行换算,得到所测气体浓度值。A/D转换时的基准电压采用VREF引脚电压。同时STM32F103 还通过I/O 口负责传感器电源、风扇电源的开关控制和电源低压检测等。
2.3 ZigBee无线网络传输模块
ZigBee 收发模块采用美国GEL公司的内置51核的ZICM2410模块,其电路原理图如图5所示,模块内有一个集成的 PCB板载天线,可以连接50 Ω的外部F 型天线,支持全向辐射模式,天线悬置于主板边缘。此模块通过串口中的 RXD和TXD管脚与STM32F103的PA2(TXD)和PA3(RXD)相连,实现数据传输,并通过天线发射或接收信号。
2.4 电源监测管理模块
2.4.1 充电管理电路
系统采用聚合物锂离子电池供电,外接5 V直流电源适配器为电池供电。在正常情况下,系统通过外部直流电源供电,当外部电源意外中断时,内部的锂电池会继续为系统供电,保证电路在一定时间内正常工作。
充电管理电路原理图如图6所示,以充电管理芯片采用TP4055为核心[5],当外部5 V 直流电源接入后,对锂离子电池充电同时向后级供电,此时电池进入到4.2 V停充→放电到4.1 V→再充电的循环过程,R504 设置充电电流为300 mA,此时芯片的最大热耗为(5-2.9)×0.3 W=0.64 W,为防止过热接耗散电阻 R501、R502分担热耗0.35 W。D2 为充电指示灯,点亮表示正在充电,闪烁表示没有连接电池且后级关闭。
2.4.2 后级稳压电路
后级稳压电源分为数字3.3 V、模拟3.3 V 和5 V,分别为单片机、传感器、风扇等供电。其稳压电源原理图如图7所示,根据各个电源所供电电路的功率估算,数字3.3 V
由开关型降压芯片LM3671提供,模拟3.3 V 电源采用低压差低噪声线性稳压芯片TPS76433提供[6]。
2.4.3 低压指示及欠压保护电路
锂电正常工作电压为3.7~4.2 V,放电至电池内部保护电压的2.35 V以下时,将自动切断输出,但经常反复如此会减少使用寿命和容量。此电路能在低于3.75 V(电池剩余容量 15%)时,通过VCC_LOW引脚向STM32F103报警,并通过ZigBee向上位机报警,关断 5 V 稳压芯片输出使能或将传感器休眠以节省功耗。当电池电压降至3.6 V(电池剩余容量 3%)时切断供电,直至接入充电或者更换电池后才能继续供电,此时进入低耗能状态,直至电压降至2.35 V电池锁闭,低压指示及欠压保护电路原理图如图8所示。
3 系统软件设计
3.1 数据采集软件设计
软件设计平台为Keil MDK4.23,采用模块化设计的C语言编程,各个模块可在 AppConfig.h 文件中通过宏定义自行裁剪,增加了软件的灵活性,便于升级。此外 AppConfig.h 还定义了设备地址、通信数据包长度等全局信息。上电后STM32F103会通过 Sys_Init 函数进行软件初始化,该函数配置了Flash、ADC、UART 等模块,并从 Flash中读取保存的 AD 校准和数据换算参数。初始化之后进入低功耗休眠模式,此时传感器和风扇电源关断,并等待上位机指令唤醒设备。软件流程图如图9所示。
3.1.1接收数据及协议解码
软件通过中断唤醒 CPU 并开始接收指令数据,通过判断起始帧 0xAA 来确定起始数据,并在 Sys_ProtecolDecode 函数中进行协议解析,控制帧的通信协议格式如图10所示 。
图10 控制帧格式
当接收到的设备编号和本机定义的设备编号 DEVICE_ID 相同时,通过 Sys_CMD 函数执行相应的设备指令。
3.1.2 命令执行及数据采集
本系统的数据来自3路模拟传感器电压输出,通过STM32进行A/D转换。在数据采集过程中,软件在 ADC16_Sample 函数中分别对 AD0、AD1、AD2 通道进行A/D 采样,采样方式为连续 16 次采样,进行均值滤波,然后将采集到的无量纲值通过 DataExc函数转化为气体浓度值(16 bit int 型),拆分成2个字节装入数组中发给ZigBee模块。
3.1.3 协议编码及发送数据
本模块共需要向上位机发送3个气体浓度数据,分别保存在6个字节中,需要在向ZigBee 芯片发送之前封装成21 byte的数据帧。数据帧的封装和发送工作在 Sys_ProtecolEncode 函数中完成。
3.2 上位机监测软件设计
上位机数据监测软件采用VB.NET 语言编写[7],软件采用事件触发结构,通过串口与协调器模块通信,以一定的时间间隔向协调器发送指令,并通过协调器发给模块。
终端模块入网时,会通过协调器向上位机提交入网信息。上位机通过长地址识别具体模块后,在控制帧基础上封装短地址等信息,经协调器发给终端模块。终端模块也通过短地址经协调器和串口将数据帧封装后发给上位机软件,软件解析出数据后通过 NTGraph 图形控件显示气体浓度的实时变化曲线。在数据检测软件中,解析前的控制信息和解析后的数据信息统一定义在 ZigBeeDataCode结构体中,其具体定义如下:
Public Structure ZigBeeDataCode
Dim DeviceID As Integer //设备地址
Dim DataNo As Integer //数据分段号
Dim DataLen As Integer //数据长度
Dim Command As Byte //控制指令
Dim Data() As Integer //控制参数/数据内容
Dim Verify As Byte //数据校验和
End Structure
分别为协议编码、解码函数,实现了字节数据与 ZigBeeDataCode 类型的相互转换。其定义如下:
Private Function ZigBeeEncode ( ByVal inData As ZigBeeDataCode ) As Byte()
Private Function ZigBeeDecode ( ByVal inCode As Byte() ) As ZigBeeDataCode
同时,软件可以选择气体浓度采集的时间间隔和浓度报警上限,超过上限后,会通过对话框和提示音报警。
3.3 ZigBee无线网络通信建立
使用USB 通信电缆将ZICM2410[8]模块和 PC 机连接后,进入配置状态。可以实现本地及远程节点信息的获取、配置,以及无线远程 IO 控制、AD 采集等功能。配置命令通过串口通信进行,一条控制命令包含帧头、功能码和对应的参数或数据,所有数据格式均为16进制。
系统上电后ZICM2410 模块首先进行初始化,然后进入休眠模式。当有中断发生时,则退出休眠模式。如果接收到上位机的命令时,向STM32 发送接收到的命令。如果是要发送数据,则接收STM32发送的数据,并将数据发送出去。数据发送完后,ZICM2410 模块进入休眠模式。
4 实验测试
在实验室连接好各个电路模块,分别取3种气体的标准气样进行试验,实验结果如图11所示。CH4 气体的基本误差0.03%,H2S气体测量精度为±3%(F.S),CO误差±2%(F.S)符合标准要求。
气体测量的标定方法是将气体检测模块置于纯净气体样本中得到零点采样值AO,再将模块置于浓度为Vs的标准气体样本中,得到标准点采样值As,做出传感器浓度检测曲线。由于传感器在量程内呈现线性响应,所得实际测量公式为
式中:由于V0=0,则
5 小结
本文设计的有害气体检测装置,以ZICM2410的Zigbee无线网络模块和STM32F103微控制器实现3种气体浓度的检测以及数据的无线传输,并通过 VB.NET 开发上位机软件实现对气体浓度的实时查看。通过实验证明,能够较好地实现气体浓度的快速和准确测量。
参考文献
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