一种防粉尘爆燃的实时嵌入式控制装置的制作方法

本实用新型涉及一种防粉尘爆燃的实时嵌入式控制装置，属于实时嵌入式监测控制技术领域。

背景技术：

在矿山、采石场、火电厂、钢铁厂等密闭场所的散料生产、加工、运输、装卸等过程中，悬浮于空气中的可燃粉尘触及明火或电火花等火源时极易发生爆炸现象，会对人员和社会财产造成重大损失；由于粉尘爆炸过程是悬浮的粉尘在热源作用下迅速干馏或气化而产生出的可燃气体被火源以热传导或火焰辐射的方式迅速燃烧循环而使爆炸波的速度、压力等持续加快并升高并呈跳跃式发展，故要抑制爆燃事故的发生，就要阻止粉尘颗粒度过高、区域环境温度过高。本实用新型由国家自然科学基金项目（61562051）、云南省应用基础研究计划重点项目（2014FA029）资助研究，主要在于探索实时嵌入式系统时序建模方法在工业防粉尘爆燃控制装置上的应用与推广，解决工业防粉尘爆燃控制装置离散逻辑控制与连续时间行为的关联转换难题，为防粉尘爆燃控制装置计算进程逻辑时间与物理进程物理时间的一致性提供理论依据。在此理论方法支撑下，设计一种防粉尘爆燃的实时嵌入式控制装置，在现场粉尘颗粒度或环境温度超过阈值时向监控中心发出报警以疏散人员，同时通过超声波雾化模块使水雾颗粒与粉尘颗粒碰撞并凝聚，形成团聚物并不断变大其质量直至自然沉降，达到消除粉尘的目的。本实用新型结构简单，成本低廉，具有实用性，能有效降低人员和社会财产的损失。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：本实用新型提供一种防粉尘爆燃的实时嵌入式控制装置，用以防止散料生产、加工、运输、装卸等密闭场所发生粉尘爆燃事故，包括CAN总线、粉尘浓度检测模块、温度监测模块、超声波雾化模块、监控中心，在现场粉尘颗粒度或环境温度超过阈值时向监控中心发出报警以疏散人员，同时通过超声波雾化模块使水雾颗粒与粉尘颗粒碰撞并凝聚，形成团聚物并不断变大其质量直至自然沉降，达到消除粉尘的目的。

本实用新型技术方案是：一种防粉尘爆燃的实时嵌入式控制装置，包括CAN总线1、粉尘浓度检测模块2、温度监测模块3、超声波雾化模块4、监控中心5；粉尘浓度检测模块2通过其数据线Ⅰ6连接CAN总线1，温度监测模块3通过其数据线Ⅱ7连接CAN总线1，超声波雾化模块4通过其数据线Ⅲ17连接CAN总线1，CAN总线1连接监控中心5。

所述粉尘浓度检测模块2包括蜂鸣器Ⅰ8、报警闪光灯Ⅰ9、粉尘浓度检测芯片10、红外发光管11、光电晶体管12、放大器OP1、PNP三极管Q1、PNP三极管Q2、数据线Ⅰ6、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5；三极管Q1的E极接Vcc，B极连接电阻R1的一端，C极连接蜂鸣器Ⅰ8的正极与电阻R2的一端，蜂鸣器Ⅰ8的负极接地，电阻R1的另一端连接粉尘浓度检测芯片10的X1脚，电阻R2的另一端连接报警闪光灯Ⅰ9的阳极，报警闪光灯Ⅰ9的阴极接地；红外发光管11的阳极连接PNP三极管Q2的C极，红外发光管11的阴极连接电阻R5的一端，PNP三极管Q2的E极连接电阻R3的一端与粉尘浓度检测芯片10的V-LED脚，PNP三极管Q2的B极连接电阻R3的另一端与电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接粉尘浓度检测芯片10的LED脚，电阻R5的另一端连接粉尘浓度检测芯片10的LED-GND脚；光电晶体管12的阳极连接放大器OP1的正极，光电晶体管12的阴极连接放大器OP1的负极，放大器OP1的负电源接地，放大器OP1的正电源接Vcc，放大器OP1的输出脚连接粉尘浓度检测芯片10的Vo脚；粉尘浓度检测芯片10的Vcc脚连接Vcc，OUTPUT脚与INPUT脚分别与数据线Ⅰ6连接。

所述温度监测模块3包括AT89S52单片机13、DS18B20温度传感器14、蜂鸣器Ⅱ15、报警闪光灯Ⅱ16、数据线Ⅱ7、电容C1、电容C2、电容C3、晶振J1、PNP三极管Q3、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9；电阻R6的一端连接电容C1的一端与AT89S52单片机13的9脚，电容C1的另一端接Vcc，电阻R6的另一端连接数据线Ⅱ7并接地，数据线Ⅱ7还与AT89S52单片机13的10脚、11脚相连；电容C2的一端、电容C3的一端、AT89S52单片机13的20脚均接地，电容C2的另一端与电容C3的另一端并联晶振J1，电容C2的另一端还连接AT89S52单片机13的18脚，C3的另一端还连接AT89S52单片机13的19脚；PNP三极管Q3的E极连接Vcc，B极连接电阻R7的一端，C极连接电阻R8的一端、蜂鸣器Ⅱ15的正极，蜂鸣器Ⅱ15的负极接地，电阻R8的另一端连接报警闪光灯Ⅱ16的阳极，报警闪光灯Ⅱ16的阴极接地，电阻R7的另一端接AT89S52单片机13的12脚；AT89S52单片机13的31脚与40脚分别连接Vcc；DS18B20温度传感器14的L1脚接地，L2脚连接电阻R9的一端、AT89S52单片机13的21脚，L3脚接Vcc、R9的另一端。

所述超声波雾化模块4包括数据线Ⅲ17、超声雾化器18、变压器电感L1、电感L2、电感L3、二极管D1、二极管D2、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电位器WR1、NPN三极管Q4；变压器电感L1的输入端L1-n1连接数据线Ⅲ17，变压器电感L1的输入端L1-n2的正极连接二极管D1的阳极，变压器电感L1的输入端L1-n2的负极接地，变压器电感L1的输入端L1-n3的正极连接二极管D2的阳极，变压器电感L1的输入端L1-n3的负极接地，二极管D1的阴极连接二极管D2的阴极、电容C4的一端、电位器WR1的一端，电容C5的一端、电感L2的一端，电容C4的另一端接地，电容C5的另一端连接电感L2的另一端，同时，Vcc连接电感L2的一端；电位器WR1的另一端连接电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接超声雾化器18的一端；电感L2的另一端连接电容C6的一端与NPN三极管的C极，电容C6的另一端连接超声雾化器18的另一端，NPN三极管的E极连接电感L3的一端，B极连接电容C7的一端，电容C7的另一端与电感L3的另一端都接地。

本实用新型的工作原理是：

本装置工作时通过监控中心5来开启并正常工作，粉尘浓度检测模块2的红外发光管11与光电晶体管12按对角位置布置，利用红外发光管11发射光线，利用光电晶体管12接受红外发光管11发射的光而引起电压变化，粉尘浓度检测芯片10通过自带的ADC模块将检测到的电压变化转换成输出信号传至数据线Ⅰ6连接CAN总线1上传至监控中心5；温度监测模块3利用DS18B20温度传感器14探测现场温度变化，并利用AT89S52单片机13输出温度变化信号传至数据线Ⅱ7连接CAN总线1上传至监控中心5；当粉尘浓度超过粉尘浓度检测芯片10内设阈值时，蜂鸣器Ⅰ8鸣响，报警闪光灯Ⅰ9闪烁，当现场温度超过AT89S52单片机13内设阈值时，蜂鸣器Ⅱ15鸣响，报警闪光灯Ⅱ16闪烁；当粉尘浓度或现场温度超过阈值并开始报警时，监控中心5自动通过CAN总线1；连接数据线Ⅲ17发出信号，信号引起超声波雾化模块4组成的大功率高频振荡器的振荡幅度的变化而启动超声雾化器18，以超声波换能的方法产生高频震动时超声雾化器18内的水产生雾化，在雾化的过程中产生水雾不断向周围蒸发，使水雾颗粒与粉尘颗粒碰撞并凝聚，形成团聚物并不断变大其质量直至自然沉降，达到消除粉尘的目的。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供一种防粉尘爆燃的实时嵌入式控制装置，用以防止散料生产、加工、运输、装卸等密闭场所发生粉尘爆燃事故，包括CAN总线、粉尘浓度检测模块、温度监测模块、超声波雾化模块、监控中心，在现场粉尘颗粒度或环境温度超过阈值时向监控中心发出报警以疏散人员，同时通过超声波雾化模块使水雾颗粒与粉尘颗粒碰撞并凝聚，形成团聚物并不断变大其质量直至自然沉降，达到消除粉尘的目的，装置结构简单，成本低廉，具有实用性，能有效降低人员和社会财产的损失。

附图说明

图1 是本实用新型的装置功能实施框架示意图；

图2 是本实用新型粉尘浓度检测模块电路原理图；

图3 是本实用新型温度监测模块电路原理图；

图4 是本实用新型超声波雾化模块电路原理图。

图1-4中各标号：1-CAN总线；2-粉尘浓度检测模块；3-温度监测模块；4-超声波雾化模块；5-监控中心；6-数据线Ⅰ；7-数据线Ⅱ；8-蜂鸣器Ⅰ；9-报警闪光灯Ⅰ；10-粉尘浓度检测芯片；11-红外发光管；12-光电晶体管；13-AT89S52单片机；14-DS18B20温度传感器；15-蜂鸣器Ⅱ；16-报警闪光灯Ⅱ；17-数据线Ⅲ；18-超声雾化器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明。

实施例1：如图1-4所示，一种防粉尘爆燃的实时嵌入式控制装置，包括CAN总线1、粉尘浓度检测模块2、温度监测模块3、超声波雾化模块4、监控中心5；粉尘浓度检测模块2通过其数据线Ⅰ6连接CAN总线1，温度监测模块3通过其数据线Ⅱ7连接CAN总线1，超声波雾化模块4通过其数据线Ⅲ17连接CAN总线1，CAN总线1连接监控中心5。

所述粉尘浓度检测模块2包括蜂鸣器Ⅰ8、报警闪光灯Ⅰ9、粉尘浓度检测芯片10、红外发光管11、光电晶体管12、放大器OP1、PNP三极管Q1、PNP三极管Q2、数据线Ⅰ6、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5；三极管Q1的E极接Vcc，B极连接电阻R1的一端，C极连接蜂鸣器Ⅰ8的正极与电阻R2的一端，蜂鸣器Ⅰ8的负极接地，电阻R1的另一端连接粉尘浓度检测芯片10的X1脚，电阻R2的另一端连接报警闪光灯Ⅰ9的阳极，报警闪光灯Ⅰ9的阴极接地；红外发光管11的阳极连接PNP三极管Q2的C极，红外发光管11的阴极连接电阻R5的一端，PNP三极管Q2的E极连接电阻R3的一端与粉尘浓度检测芯片10的V-LED脚，PNP三极管Q2的B极连接电阻R3的另一端与电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接粉尘浓度检测芯片10的LED脚，电阻R5的另一端连接粉尘浓度检测芯片10的LED-GND脚；光电晶体管12的阳极连接放大器OP1的正极，光电晶体管12的阴极连接放大器OP1的负极，放大器OP1的负电源接地，放大器OP1的正电源接Vcc，放大器OP1的输出脚连接粉尘浓度检测芯片10的Vo脚；粉尘浓度检测芯片10的Vcc脚连接Vcc，OUTPUT脚与INPUT脚分别与数据线Ⅰ6连接。

实施例2：如图1-4所示，一种防粉尘爆燃的实时嵌入式控制装置，包括CAN总线1、粉尘浓度检测模块2、温度监测模块3、超声波雾化模块4、监控中心5；粉尘浓度检测模块2通过其数据线Ⅰ6连接CAN总线1，温度监测模块3通过其数据线Ⅱ7连接CAN总线1，超声波雾化模块4通过其数据线Ⅲ17连接CAN总线1，CAN总线1连接监控中心5。

所述粉尘浓度检测模块2包括蜂鸣器Ⅰ8、报警闪光灯Ⅰ9、粉尘浓度检测芯片10、红外发光管11、光电晶体管12、放大器OP1、PNP三极管Q1、PNP三极管Q2、数据线Ⅰ6、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5；三极管Q1的E极接Vcc，B极连接电阻R1的一端，C极连接蜂鸣器Ⅰ8的正极与电阻R2的一端，蜂鸣器Ⅰ8的负极接地，电阻R1的另一端连接粉尘浓度检测芯片10的X1脚，电阻R2的另一端连接报警闪光灯Ⅰ9的阳极，报警闪光灯Ⅰ9的阴极接地；红外发光管11的阳极连接PNP三极管Q2的C极，红外发光管11的阴极连接电阻R5的一端，PNP三极管Q2的E极连接电阻R3的一端与粉尘浓度检测芯片10的V-LED脚，PNP三极管Q2的B极连接电阻R3的另一端与电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接粉尘浓度检测芯片10的LED脚，电阻R5的另一端连接粉尘浓度检测芯片10的LED-GND脚；光电晶体管12的阳极连接放大器OP1的正极，光电晶体管12的阴极连接放大器OP1的负极，放大器OP1的负电源接地，放大器OP1的正电源接Vcc，放大器OP1的输出脚连接粉尘浓度检测芯片10的Vo脚；粉尘浓度检测芯片10的Vcc脚连接Vcc，OUTPUT脚与INPUT脚分别与数据线Ⅰ6连接。

所述温度监测模块3包括AT89S52单片机13、DS18B20温度传感器14、蜂鸣器Ⅱ15、报警闪光灯Ⅱ16、数据线Ⅱ7、电容C1、电容C2、电容C3、晶振J1、PNP三极管Q3、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9；电阻R6的一端连接电容C1的一端与AT89S52单片机13的9脚，电容C1的另一端接Vcc，电阻R6的另一端连接数据线Ⅱ7并接地，数据线Ⅱ7还与AT89S52单片机13的10脚、11脚相连；电容C2的一端、电容C3的一端、AT89S52单片机13的20脚均接地，电容C2的另一端与电容C3的另一端并联晶振J1，电容C2的另一端还连接AT89S52单片机13的18脚，C3的另一端还连接AT89S52单片机13的19脚；PNP三极管Q3的E极连接Vcc，B极连接电阻R7的一端，C极连接电阻R8的一端、蜂鸣器Ⅱ15的正极，蜂鸣器Ⅱ15的负极接地，电阻R8的另一端连接报警闪光灯Ⅱ16的阳极，报警闪光灯Ⅱ16的阴极接地，电阻R7的另一端接AT89S52单片机13的12脚；AT89S52单片机13的31脚与40脚分别连接Vcc；DS18B20温度传感器14的L1脚接地，L2脚连接电阻R9的一端、AT89S52单片机13的21脚，L3脚接Vcc、R9的另一端。

实施例3：如图1-4所示，一种防粉尘爆燃的实时嵌入式控制装置，包括CAN总线1、粉尘浓度检测模块2、温度监测模块3、超声波雾化模块4、监控中心5；粉尘浓度检测模块2通过其数据线Ⅰ6连接CAN总线1，温度监测模块3通过其数据线Ⅱ7连接CAN总线1，超声波雾化模块4通过其数据线Ⅲ17连接CAN总线1，CAN总线1连接监控中心5。

所述粉尘浓度检测模块2包括蜂鸣器Ⅰ8、报警闪光灯Ⅰ9、粉尘浓度检测芯片10、红外发光管11、光电晶体管12、放大器OP1、PNP三极管Q1、PNP三极管Q2、数据线Ⅰ6、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5；三极管Q1的E极接Vcc，B极连接电阻R1的一端，C极连接蜂鸣器Ⅰ8的正极与电阻R2的一端，蜂鸣器Ⅰ8的负极接地，电阻R1的另一端连接粉尘浓度检测芯片10的X1脚，电阻R2的另一端连接报警闪光灯Ⅰ9的阳极，报警闪光灯Ⅰ9的阴极接地；红外发光管11的阳极连接PNP三极管Q2的C极，红外发光管11的阴极连接电阻R5的一端，PNP三极管Q2的E极连接电阻R3的一端与粉尘浓度检测芯片10的V-LED脚，PNP三极管Q2的B极连接电阻R3的另一端与电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接粉尘浓度检测芯片10的LED脚，电阻R5的另一端连接粉尘浓度检测芯片10的LED-GND脚；光电晶体管12的阳极连接放大器OP1的正极，光电晶体管12的阴极连接放大器OP1的负极，放大器OP1的负电源接地，放大器OP1的正电源接Vcc，放大器OP1的输出脚连接粉尘浓度检测芯片10的Vo脚；粉尘浓度检测芯片10的Vcc脚连接Vcc，OUTPUT脚与INPUT脚分别与数据线Ⅰ6连接。

所述温度监测模块3包括AT89S52单片机13、DS18B20温度传感器14、蜂鸣器Ⅱ15、报警闪光灯Ⅱ16、数据线Ⅱ7、电容C1、电容C2、电容C3、晶振J1、PNP三极管Q3、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9；电阻R6的一端连接电容C1的一端与AT89S52单片机13的9脚，电容C1的另一端接Vcc，电阻R6的另一端连接数据线Ⅱ7并接地，数据线Ⅱ7还与AT89S52单片机13的10脚、11脚相连；电容C2的一端、电容C3的一端、AT89S52单片机13的20脚均接地，电容C2的另一端与电容C3的另一端并联晶振J1，电容C2的另一端还连接AT89S52单片机13的18脚，C3的另一端还连接AT89S52单片机13的19脚；PNP三极管Q3的E极连接Vcc，B极连接电阻R7的一端，C极连接电阻R8的一端、蜂鸣器Ⅱ15的正极，蜂鸣器Ⅱ15的负极接地，电阻R8的另一端连接报警闪光灯Ⅱ16的阳极，报警闪光灯Ⅱ16的阴极接地，电阻R7的另一端接AT89S52单片机13的12脚；AT89S52单片机13的31脚与40脚分别连接Vcc；DS18B20温度传感器14的L1脚接地，L2脚连接电阻R9的一端、AT89S52单片机13的21脚，L3脚接Vcc、R9的另一端。

所述超声波雾化模块4包括数据线Ⅲ17、超声雾化器18、变压器电感L1、电感L2、电感L3、二极管D1、二极管D2、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电位器WR1、NPN三极管Q4；变压器电感L1的输入端L1-n1连接数据线Ⅲ17，变压器电感L1的输入端L1-n2的正极连接二极管D1的阳极，变压器电感L1的输入端L1-n2的负极接地，变压器电感L1的输入端L1-n3的正极连接二极管D2的阳极，变压器电感L1的输入端L1-n3的负极接地，二极管D1的阴极连接二极管D2的阴极、电容C4的一端、电位器WR1的一端，电容C5的一端、电感L2的一端，电容C4的另一端接地，电容C5的另一端连接电感L2的另一端，同时，Vcc连接电感L2的一端；电位器WR1的另一端连接电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接超声雾化器18的一端；电感L2的另一端连接电容C6的一端与NPN三极管的C极，电容C6的另一端连接超声雾化器18的另一端，NPN三极管的E极连接电感L3的一端，B极连接电容C7的一端，电容C7的另一端与电感L3的另一端都接地。

上面结合附图对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。