摘 要

对生产车间的作业环境进行监测是保障安全生产的一个重要措施，几乎所有的企业对车间的生产安全都很重视，因此，本文主要研究设计了一个生产车间的作业环境状态感知系统，以帮助企业的车间达到安全生产的目的。这套系统不同于传统的定点巡检监测方式，而是通过51单片机系统板控制的各类传感器对温度，湿度，灰尘度，人员等几个方面进行实时监测，并且使用无线通信WiFi技术，将监测到的数据传输到监测中心，即PC机上进行分析，来监测作业环境是否达到安全的标准。通过本文的研究，传统的布线式监测的复杂和易错，定点巡检监测的间断性和可能存在的危险性等等，这些缺点都会被摒弃，新式的分布式组网监测方法将会使生产车间的环境监测系统变得更加方便，快捷，安全和准确。

关键词：生产车间环境监测；单片机；各类传感器；WiFi通信技术

Abstract

It is an important measure to ensure the safe production to monitor the working environment of the production workshop. Almost all of the enterprises think the production safety of the workshop are very seriously. Therefore, in this paper, we mainly study the design of a production plant operating environment perception system, in order to help the enterprise to achieve the goal of safe production. This system is different from the traditional monitoring methods of fixed point inspection, but through the 51 single-chip system board control of various types of sensors for temperature, humidity, dust, personnel, and other aspects of real-time monitoring, and the use of wireless communication WiFi Technology will monitoring data transmission to the monitoring center, the PC to analysis, to monitor whether the operating environment achieves the safety standards. Through the research of this paper, the traditional wiring type monitoring’s complex and error prone, the discontinuity and the possible danger of the fixed point monitoring,etc, these shortcomings will be abandoned. The new distributed network monitoring method will make the production workshop environment monitoring system more convenient, fast, safe and accurate.

Key Words: Environmental monitoring of production workshop; Singlechip; Various types of sensors; WiFi communication technology

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.2 国内外的研究现状 2

1.3 本文的研究内容及章节安排 2

第二章 生产车间作业环境状态感知系统相关原理 4

2.1 各类传感器的相关原理 4

2.1.1 DHT11数字温湿度传感器 4

2.1.2 HC-SR501人体感应模块 6

2.1.3 MQ135空气质量检测传感器 8

2.2 串口转WiFi模块的相关原理 9

2.2.1 WiFi通信技术 9

2.2.2 ESP8266串口转WiFi模块 10

2.3 51单片机系统板的相关原理 11

2.3.1 STC89C52RC特性及工作模式 11

2.3.2 STC89C52RC引脚功能说明 12

2.4 本章小结 14

第三章 生产车间作业环境状态感知系统设计与实现 15

3.1 Proteus仿真软件以及Keil程序编写软件 15

3.2 DHT11传感器的仿真 16

3.3 HC-SR501人体感应模块的仿真 20

3.4 MQ135空气质量检测传感器的仿真 21

3.5 串口转WiFi模块的启动和通信 22

3.6 整体流程图 23

3.7 实物测试 24

3.8 本章小结 27

第四章 总结与展望 28

参考文献 29

致谢 31

第一章 绪论

1.1 研究目的及意义

近些年来，随着国家经济的高速发展，制造业也越来越凸显出它的重要性来，而制造业生产车间的环境监测是安全生产的基础，严格的监测可以及时准确地反映出环境质量的现状以及变化趋势，给作业人员提供一个安全舒适的作业环境，从而减少安全隐患，降低车间生产人员的事故风险。因此，对生产车间的作业环境进行状态感知就成为了保障作业人员安全的关键。

生产作业环境的监测是生产监测系统中一项非常重要的内容，而其中监测的方面有很多种，主要包括以下几个重要的方面：环境温度的监测、环境湿度的监测、环境中灰尘度和有害气体的监测、以及通过红外线对人员的监测（防止人员接近危险区域）。现如今，环境监测所采用的方法主要有定点巡检监测和连续在线监测这两种^[1]。虽然定点巡检监测这种方法相对比较简单，所采用的设备也不复杂，但它只能得到监测现场某段时间内的参数值，并不能提供实时值，而且人为因素对监测结果造成的影响比较大。另外，当监测的环境中的有害物质的浓度较大时，会对监测人员的身体健康造成损伤，显然这并不是一个很好的监测方法。

而连续在线监测方法是采用各种类型的传感器对需要监测的环境参数进行实时的测量，然后通过网络将测量的数值发送到监测中心进行分析^[2]。相比于定点巡检监测，连续在线监测具有更高的实时性和准确性，同时也能够有效地避免监测人员的不必要的健康损伤。因此，采用各式传感器进行各种环境参数的监测，这种方法更加合理和准确。

监测到的数值需要通过网络反馈到监测中心进行分析，然而传统的有线网络它最大的短板就是复杂、容易出错的布线，在生产车间这样复杂的环境里并不适合^[3]，因此，无需布线，简单方便的无线网络WiFi就成为了更加合适的选择。在仪器上，通常用的通信接口是串口，串口通信的传输介质是有线电缆，而在生产车间里所采用的传输方式是无线网络，在这种情况下，就需要一种串口转WiFi的数据传输实现方法^[4]，实现串口通过WiFi传输数据。串口转 WiFi数据传输可以将串口数据以无线的方式进行传输，代替复杂的有线传输，使得串口设备之间的连接更加方便和高效。

1.2 国内外的研究现状

目前，国内的生产车间的环境监测还有很大一部分是采取人工采样和实验室分析的方法，但是同时又在向自动化、网络化和智能化的方向去发展，从简单的单点环境监测向全方位的整体环境监测方向发展，监测的方法正在逐渐向生物、电子、光学、计算机等综合应用的技术领域发展。