马路自动防尘装置.docx

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马路自动防尘装置

马路防尘装置

背景资料：

灰尘是人类健康的大敌，它带着许多细菌病毒和虫卵到处飞扬，不仅造成环境污染，还会诱发人类呼吸道疾病。

特别是直径小于2.5微米的细小灰尘，可以直接进入人体肺泡，把细菌带入体内。

英国进行的一项研究发现，交通污染中的马路灰尘对儿童的危害比我们预想的还要大。

这项在伦敦陶尔哈姆莱茨区进行的调查发现，当地7%的儿童的肺部功能降到国际上认为的危险水平。

这些所谓的微粒由汽车尾气产生，直径不足10毫米，经常被叫做PM10。

　　 官方数据由自动监控站收集，收集的空气样本基本来自3米高度位置，主要是为了避免一些恶意破坏。

但是，芭芭拉·马赫教授和她的研究组已经开发了一种测量路边树叶上微粒——很多微粒含金属碎片——的磁反应新技术。

测量显示水平越低微粒浓度越高。

在兰卡斯特的一条拥挤忙碌马路边上接受采访的马赫教授说：

“我们被这些数百万颗无形的有毒微粒尘埃包围着，你看不到它们，但是，我们知道，我们已经进行了测量，它们就在我们周围。

在进行树叶磁测量的时候，我们的研究显示，低到儿童的高度，微粒浓度有时是目前欧盟标准的两倍。

”

设计思路：

灰尘是吸湿性微粒，能凝结空气中的水汽。

利用这一特性，通过增加空气中的湿度，防尘灰尘在空气中飘散。

传统的洒水车能起到清洁马路，降温防尘，增加空气湿度的作用，但存在较多问题。

第一：

洒水车受操作人员控制，工作时间和工作路段一般都是固定的，随天气状况和实际情况调整的灵活性较差。

如有的路段车流量很大，灰尘很多，却很少有洒水车来工作。

有时天气很干燥，空中漂浮物很多，洒水车也不能及时有效的发挥作用。

第二：

洒水车喷出的水经常会洒湿路人，行人和车辆为了躲避洒水车，经常慌不择路，存在交通安全隐患。

第三：

洒水车行驶速度缓慢，经常使后面的车辆滞留，影响市民通行。

第四：

大多数洒水车是将水直接经喷头喷出，这不仅浪费水资源，大量的水堆积在路面上，使路面湿滑，容易出交通事故，若路面有土，形成的泥水会四处飞溅，造成行人和车辆的诸多不便。

第五：

洒水车不能随水分的蒸发情况进行工作，洒水间隔时间短，浪费水资源；间隔时间长，防尘效果不明显。

针对以上洒水车存在的不足，我们提出以下设计方案：

根据经验，当空气干燥时可以采用洒水、拖地、空气加湿器等方法增加水汽

蒸发量，使空气湿度变大。

由于灰尘的吸湿性，可以吸附水汽，然后附着在地面上，从而减少扬尘。

因此，当地面有水时，不会扬尘；当空气中得水汽含量较大时，可减少扬尘。

要取代洒水车，若采用简单的定时洒水装置，因天气状况，主要是温度和湿度对水的蒸发速度的影响，定时间隔难以确定。

通过一定的检测手段，控制喷水，就能较好的适应天气状况，节水的同时有效发挥防尘的作用。

检测可以通过以下三条途径：

1．直接检测灰尘浓度，当浓度达到一定值时启动喷水装置。

市面上的灰尘浓度检测仪用于测定空气中可吸入颗粒物的浓度及呼吸性粉尘，可直接读颗粒物质量浓度，1分钟出结果，具有颗粒物浓度连续检测、定时采样以及粉尘浓度超标报警等多种功能。

此类设备不受开放环境中温度、湿度的影响，能准确控制喷水时机，最大限度的发挥节水防尘的功效，但此类设备售价高达13000，用于马路灰尘检测的成本过于昂贵。

2．通过检测路面温度的变化反应路面上是否有水。

路面上有无水直接影响着灰尘是否扬起，而水吸热蒸发的过程会使路面温度降低。

但是作为比较的路面温度在一天当中变化较大，即作为比较的参照温度值变化幅度较大，因此难以根据检测到的值做出是否喷水的判断。

3．通过检测临近地面的空气相对湿度，与设定湿度值作比较，当小于设定湿度时，启动喷水装置（相对湿度的定义是单位体积空气内实际所含的水气密度和同温度下饱和水气密度的百分比）。

地面上的水会不断蒸发到空气中，使周围空气中的水汽含量增加，相对湿度变大。

因此相对湿度的变化也可以间接反映出地面是否有水。

虽然空气湿度也受温度的影响，但温度主要影响水分的蒸发速速。

温度越高，水分蒸发越快，相应的引起相对湿度的变化。

我们可以设定一个湿度值作为比较对象，作为比较的湿度设定值可根据气候及季节做简单调整。

用这种方法需要考虑一下两种特殊情况：

（a）当空气相对湿度较大，高于设定值，这种情况下不会启动喷水装置，实际上也无需喷水，潮湿的空气自然会减少扬尘;（b）当空气相对湿度较小，喷水后水汽蒸发不足以使相对湿度增大到设定值之上，此时即使地面有水，由于湿度未达到设定值，仍会继续喷水。

这种情况比较符合冬季的实际情况。

冬季气候干燥，空气相对湿度低，同时较低的温度使水的蒸发非常缓慢，很可能出现上述不断喷水的状况。

这就说明这种检测方法不适用与冬季。

在冬季，洒水车只需工作两三次，而且工作时间可以避开车流高峰，就能有效减少扬尘。

因此，用检测湿度的方法控制喷水在温度较高，水蒸发较快，需要频繁洒水的季节方能显示出它的优越性。

以夏季为例，设定一个湿度值50%，由于温度高，又处于开放环境中，水很快蒸发却未能使周围空气相对湿度增加到设定值之上，会频繁启动喷水，但此时频繁洒水在防尘同时可以起到给路面降温的功效。

设计思路如下图所示：

湿度传感器安置在临近地面处，与空气直接接触，当周围湿度低于事先设定的值时，控制单元启动蜂鸣器报警3s,提示行人即将喷水，然后启动喷水阀门，喷水7s，然后进入下一个检测阶段。

其中作为比较的设定湿度值可根据气候条件调整。

本设计中暂取湿度设定值为50%（参考50%~60%的相对湿度对人体最为舒适）。

湿度传感器的选型：

在选择湿度传感器时，需要考虑的主要因素包括以下几项：

精度、可互换性、可重复性、稳定性、冷凝恢复性、抗污能力、大小和包装、成本效益、替换传感器所需的成本、校准、信号调理与数据采集电路的复杂性和可靠性。

电容式RH传感器（即相对湿度传感器）广泛应用于工业、商业以及气象遥测等领域。

这类传感器应用于大气测量有明显的优势，具有良好的低温特性，因此常常可以在很宽的温度范围下应用，并且在使用时不需要另外进行温度补偿。

此外，它能从冷凝状态下完全恢复正常工作，并且具有抗化学蒸气的能力。

电容式传感器测量电路的基本原理：

电容式传感器是将被测非电量转换成电容量变化的装置，由于受几何尺寸和测量环境的制约，其容量一般都很小，在测量过程中相当于一个微变电容，其等效形式相当于一个电容和一个电阻的并联。

热固性聚合物电容式RH传感器能在当传感器的电容发生改变时，直接检测出相对饱和度的变化，具有快速响应、高线性、低迟滞以及良好的长期稳定性等优点。

由于在绝大多数情况下，传感器的工作温度与环境温度一致，因此可以用传感器电容量的变化作为相对湿度变化的一种度量。

其结构如图所示：

其中上层的热固性聚合物能防止污垢、灰尘、油污对传感器的性能产生影响，但污染物累积过多会降低传感器的响应速度，因为在这种情况下传感器中水汽含量达到平衡所需的时间会更长；多孔铂金层可用来屏蔽外部电磁感应导致的介电响应；硅片可以用来输出经过信号调理的电压。

与热塑性电容式传感器不同，热固性电容式传感器可以在很高的温度环境下工作，并且对化学液体和化学气体具有更好的抵抗性。

此外，湿度传感器有数字输出式和电压输出式，电容式数字湿度传感器已校准数字信号输出，它有一个电容式感湿元件，并与一个单片机相连，使用简单方便。

电压输出电容式湿度模块，即相对湿度传感器与电路一体化，模块的供给压力为直流电压，相对湿度通过电压输出进行计算。

这种模块具有精度高，可靠新高，一致性好，且已带温度补偿，确保长期稳定性好，使用方便及价格低廉等特点。

选择型号为AH2M1的湿度模块，其技术参数和特点如下：

（1）供电电压（Vin）：

DC4.5-6V

（2）消耗电流：

约2mA（MAX5mA）

（3）使用温度范围：

-40～80℃

（4）使用湿度范围：

0～100%RH（可凝露）

（5）湿度检测范围：

0～100%RH

（6）保存温度范围：

0～80℃

（7）保存湿度范围：

95%RH以下（非凝露）

（8）湿度检测精度：

±3%RH（条件:

at25℃,60%RH,）

（9）温度检测精度：

±0.5℃（条件:

at25℃）

特点:

低功耗、小体积、全量程温度补偿、全量程单片机校准线性输出、可靠性高、使用方便、价格低廉。

应用领域:

空调、加湿器、除湿机、通迅、大气环境监测、工业过程控制、农业、测量仪表等应用领域。

控制单元有三种实现方式，数字电路、单片机、plc,分别介绍如下：

1．数字电路，如下图所示：

数字电路具有成本低廉的优点，但存在如下缺点：

（1）湿度是连续变化的模拟量，当一个工作周期结束后进入下一个检测阶段，根据555单稳态触发电路的工作原理，只有2端电压回到1/3V

，才能进行下一次触发。

2端电压的变化取决于湿度传感器的阻值变化。

（2）

2．单片机

系统主要由湿度信号采集电路、控制电路、A/D转换电路、用户设置等模块组成。

系统设计方框图如图所示：

控制部分采用AT89C51单片机，A/D转化部分采用ADC0809集成电路芯片，它由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个8位A/D转换器和一个三态输出锁存器组成，可以和单片机直接接口。

单片机需要完成的功能有：

将采集的湿度值与设定的湿度值比较，控制蜂鸣器和喷水装置的启停。

湿度控制精度在±5%RH;此外，可以修改湿度的设定值。

湿度监测部分包括湿度检测与变换电路、环境参数判断电路、湿度参数设置电路组成。

如图所示：

湿度检测电路由湿度传感器、振荡电路、整流电路、输出放大电路组成。

振荡电路为RC桥式振荡电路，传感器特性的线性补偿由R1、R2完成，D1、D2、D3用于输入保护，A1、A2为运算放大器，A2接电压跟随器。

当环境湿度发生变化时，传感器的电容量也随着变化，这种变化反应到振荡电路提供的正弦波信号，通过电压跟随器输出电压值。

系统控制模块设计：

控制信号由AT89C51得P0口输出到控制电路74HC373，并有WR和P25通过逻辑与非门控制74HC373，只有当WR和P25都为低电平时，允许74HC373输出控制信号。

继电器由晶体管9031驱动，驱动电流为150mA左右。

系统软件设计：

系统软件设计部分将接收到数据进行处理，并比较、反馈、输出到湿度调节执行装置，对湿度进行控制。

系统软件采用模块化设计，主要有主程序模块、数据采集模块、湿度参数设置模块、执行机构控制模块。

主程序模块主要完成系统初始化、湿度采集、设备的启/停控制。

该电路的主要组成部分分为：

含电容式传感器在内的微分电路、由反相器和多路开关实现的程控全波整流电路以及积分电路。

单片机成本较低，但存在如下缺点：

（1）

3.Plc

优点：

（1）可靠性高，抗干扰能力强。

高可靠性是电器控制设备的关键性能。

PLC由于采用了现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电器接触系统相比，电气接线及开关接点数减少了很多，故障率也就大大降低了。

此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

（2）PLC厂家都生产配套的A/D转换和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

需要防止扬尘的路段通常是车流量和人流量较大的地方，需要减少扬尘的经常是一定长度的路段，单个喷头的喷水面积有限，需要根据路段长度设置多个喷头。

本设计采用一套湿度检测和控制单元控制一个路段的多个喷头。

有源光耦固态继电器

有源光耦固态继电器是一种控制端不需加电信号的固态继电器

产品介绍

　　有源光耦固态继电器是一种控制端不需加电信号的固态继电器，它由无触点功率可控硅，电源平衡功耗驱动部件（驱动功率<50微瓦>）等组成。

本产品性能优良、结构精巧。

可广泛应用于石油、化工、矿井、消防、船舶、医疗、家电、电力及军事等易燃易爆、潮湿及需电气安全隔离等场所。

用于本质安全型防爆电气系统，耐潮耐腐蚀电气系统及电气安全隔离等电气系统中，作电气控制、负载控制及温度控制及安全隔离开关用，可达到简化系统结构，保障和提高系统安全的目标。

产品经国家级仪器仪表防爆安全监督检查站鉴定合格。

防爆合格证号GYBO1249。

主要技术参数

BJ-40-1单相（220V）、BJ-40-2三相（380V）。

负载电流（A）20

尺寸、单相——长、宽、高（95×52×39）三相——100×94×39

防爆标志：

Exm（ia）IICT4

产品特点：

1、输入端不需外加电信号直接采用电气隔离

　微功率耗驱动开关（驱动功率小于50微

　瓦）及其它开关元件可控硅输出大功率负

　载。

因此可简化电路系统设计使用简便。

2、输入端具有极低的工作电压和电流，因此

　安全性能好，可用于特殊场合。

3、具有极高的控制灵敏度及功率增益

　（>500db）。

4、由于有源光耦固态继电器采用可控硅，集成模块，无触电功率开关，因此寿命长、噪

　音低、工作可靠。

单片机通过光耦控制继电器，单片机与继电器分开供电，是否将地也分开？

悬赏分：

100|解决时间：

2009-6-1123:

04|提问者：

TINY_24单片机通过光耦控制继电器，继电器单独供电去控制电磁阀。

是否将单片机电源的地线与继电器供电电源的地线要分开？

电磁阀对单片机的电源有干扰，电磁阀工作是否有磁场干扰？

主要是电源的干扰吗？

？

最佳答案如果是隔离的话，那么两者的地需要隔离，也即各自的地是独立的，如果共地了，那么就失去了光耦隔离的意义，也就是说，只地是相连的，那么不需要用光耦了，直接用三极管驱动继电器即可。

继电器继开时，电磁阀将产生较大的电磁干扰，这可以在单片机的电源引脚及继电器的供电引脚串接电感或在穿心电感能有效抑制干扰，对小功率电磁阀不需要光耦隔离，如果电磁阀的功率大的话，如500W以上，那么需要考虑用光耦隔离，同时要注意各线的走向，并串电感或穿心磁珠。

单片机控制继电器为什么需要先接一个光耦？

哪位高手能具体解释下，谢谢

悬赏分：

15|解决时间：

2009-5-1316:

35|提问者：

slguangguang

最佳答案光耦是用来隔离的。

就是说用光耦后，单片机的电路信号与光耦另一边的信号可以完全隔离。

好处：

继电器在开关过程产生的高压不会影响单片机，一般用在控制高压的电路或者继电器电感比较大的情况下。

1楼主贴：

单片机控制继电器/光耦实际应用（本博原创）[精华]文章发表于：

2010-07-2215:

36

注：

此程序是本博原创程序，不过之前已经在一些技术论坛上提前上映了。

以下程序和电路是在菁远科技JY-100B单片机开发板上试验的。

此开发板详细信息将会在本博详细登出。

欢迎大家咨询，咨询QQ：

1462382752（此开发板功能强大，价格低廉）

JY-100B51/AVR开发板包括AD、DA、继电器、光耦/、电机、18B20等常用接口，具体可以登陆淘宝店铺查看

继电器原理及实验程序

作者：

张工

专用QQ：

1462382752

继电器可以描述为一个电子开关，在实际应用中也是非常有用的，主要以下几个作用：

一、有隔离作用

二、可以低电压控制高电压

三、可以小电流控制大电流

总体来说，可以说是弱电控制强电。

继电器原理：

当线圈通电导通时，继电器常开触点闭合，RELAY0和RELAY1导通，从而控制后面电路的导通，二极管D3的作用是继电器线圈的续流作用，当继电器通电或断开时，会产生较大反电动势，采用反向二极管的吸收，会起到很好效果。

经工业现场实验证明：

如果去掉此二极管，形成的干扰很大，会引起单片机系统复位。

如果控制干扰较强的设备时，建议采用《单片机+光耦+继电器+强电设备》，这样可以保证单片机系统可靠运行。

在实际应用中很重要。

为了更明显的学习继电器，学习板中采用指示灯的方式，在继电器导通的时候会听到继电器响声，同时D20发光。

ULN2003的内部驱动电路如下图，也是三极管驱动，内部集成了续流二极管，ULN2003内部集成了7组以下电路，ULN2803集成了8组，大家根据需要选择，如果只需要一组的话就用三极管就可以了。

程序代码如下：

/*

***************************************************************************

*（C）Copyright2010,菁远科技

*AllRightsreserved.

*项目名称：

JY-100B单片机学习开发系统

*本文件名称：

flash_LED.c（继电器的实验程序）

*完成作者：

张工

*当前版本：

V1.0

*完成日期：

2010年6月1日

*淘宝店铺：

*技术博客：

*描述：

此程序是练习继电器的使用，继电器在实际应用中很广泛，可以主要

学习其硬件电路，内部电路结构，程序与控制IO口类似。

实验时用杜帮线将P33和JP4的第6个插针（从右边数）相连，从数码管方向数是第2个插针。

*本程序结构简单、合理，有帮助于初学者养成良好的编

*程风格。

****************************************************************************

*/

#include//调用头文件（单片机内部的寄存器定义）

/******本段为硬件I/O口定义********/

sbitTLP0=P3^3;//继电器端口

/**************************************************

**函数名称:

dellay

**入口参数：

h（双字节型）

**出口参数：

无

**功能描述:

短暂延时，使用11.0592晶体，约0.01MS

****************************************************/

voiddellay（unsignedinth）//短延时函数，最大0.6秒

{

while（h--）;//0.01MS

}

/************主程序**************/

main（）

{

while

（1）//单片机在此反复执行

{

TLP0=0;//继电器导通，发光二极管D20亮，同时继电器响一下

dellay（50000）;//约0.5秒

dellay（30000）;//约0.3秒，共0.8秒

TLP0=1;//继电器光断，发光二极管D20灭，同时继电器响一下

dellay（50000）;//约0.5秒

dellay（30000）;//约0.3秒，共0.8秒

}

}

光耦实验程序

作者：

张工

光耦内部是由发光二极管和光电三极管组成，使电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用，增强了单片机系统的抗干扰性和可靠性。

光耦在工业控制中起到了非常大作用，以可靠性和稳定性闻名的PLC的输入和输出就是经过光耦隔离的。

电路说明：

INT1端接单片机IO口（P33），当P33输出高电平时，TLP521（或PC817）内部发光二极管不导通，光耦内部光电三极管截止，光耦输出信号为高电平，此时D22灭。

当P33输出低电平时，TLP521（或PC817）内部发光二极管导通，光耦内部光电三极管导通，光耦输出信号为低电平，此时D22灭。

光耦的主要作用是将信号通过光传输，减少了电信号传输带来的干扰，在双电源的情况下使用光耦的效果非常好。

如果在一个电源的情况下，可以将“数字地”和“模拟地”分开，最后在一点使用“一点接地”方式，如上图。

程序代码如下：

/*

***************************************************************************

*（C）Copyright2010,菁远科技

*AllRightsreserved.

*项目名称：

JY-100B单片机学习开发系统

*本文件名称：

flash_led.c（光耦PC817/TLP521的实验程序）

*完成作者：

张工

*当前版本：

V1.0

*完成日期：

2010年6月1日

*淘宝店铺：

*技术博客：

*描述：

此程序是练习光耦PC817的使用，光耦在实际应用中很广泛，可以主

要学习其硬件电路，程序与控制IO口类似。

实验时用杜帮线将P33和右下角螺钉处的G插针相连。

*本程序结构简单、合理，有帮助于初学者养成良好的编

*程风格。

****************************************************************************

*/

#include//调用头文件（单片机内部的寄存器定义）

/******本段为硬件I/O口定义********/

sbitTLP0=P3^3;//光耦端口

/**************************************************

**函数名称:

dellay

**入口参数：

h（双字节型）

**出口参数：

无

**功能描述:

短暂延时，使用11.0592晶体，约0.01MS

****************************************************/

voiddellay（unsignedinth）//短延时函数，最大0.6秒

{

while（h--）;//0.01MS

}

/************主程序**************/

main（）

{

while

（1）//单片机在此反复执行

{

TLP0=0;//光耦导通，发光二极管D22亮指示

dellay（50000）;//约0.5秒

dellay（30000）;//约0.3秒，共0.8秒

TLP0=1;//光耦光断，发光二极管D22灭

dellay（50000）;//约0.5秒

dellay（30000）;//约0.3秒，共0.8秒

}

}

光电耦合器（简称光耦）是开关电源电路中常用的器件。

光电耦合器分为两种：

一种为非线性光耦，另一种为线性光耦。

常用的4N系列光耦属于非线性光耦

常用的线性光耦是PC817A—C系列。

非线性光耦的电流传输特性曲线是非线性的，这类光耦适合于弄开关信号的传输，不适合于传输模拟量。

线性光耦的电流传输手特性曲线接进直线，并且小信号时性能较好，能以线性特性进行隔离控制。

开关电源中常用的光耦是线性光耦。

如果使用非线性光耦，有可能使振荡波形变坏，严重时出现寄生振荡，使数千赫的振荡频率被数十到数百赫的低频振荡依次为号调制。

由此产生的后果是对彩电，彩显，VCD，DCD等等，将在图像画面上产生干扰。

同时电源带负载能力下降。

在彩电，显示器等开关电源维修中如果光耦损坏，一定要用线性光耦代换。

常用的4脚线性光耦有PC817A----C。

PC111TLP521等常用的六脚线性光耦有：