王 丹，曹阳明，王满满，张 雷，李雅荣

（新疆交通职业技术学院 汽车工程学院，新疆 乌鲁木齐 835000）

汽车钣喷的环保问题始终为国家所重视，因为喷烤漆作业时，如果安全防护措施不完善，产生的有害气体会严重危害人员健康，同时挥发的油漆性颗粒还会造成一定程度的环境污染。据调研，现在汽车维修企业钣喷车间环境安全问题依旧严峻，职业病危害仍旧是制约钣金喷漆企业发展和招工的重要因素。因此本文设计一套应用于汽车钣喷车间的环境品质实时远程监控系统。该系统能实现对汽车钣喷车间环境的科学监控，减少因人员频繁进出钣喷车间造成的有害气体外漏，造成环境污染，降低车间内有毒物质对人体造成的伤害，并且能够实时调控温度，避免车间温度过高或者过低对喷涂漆膜的效果造成的不利影响。

1 功能及模块设计

本设计在对现有汽车钣喷车间电路控制系统和单片机技术研究的基础上，拟设计一套汽车钣喷车间空气监控系统，目的是利用温度传感器和有害气体浓度传感器，实时对汽车钣喷车间环境品质进行检测。该系统的工作原理是通过温度传感器实时采集钣喷车间温度信息，当温度过高时，通过单片机对红外烤灯的继电器进行控制，暂时关闭红外烤灯的工作，待温度达到预设的温度，继续开启红外烤灯，实现对环境温度信息进行动态监测。同时利用有害气体浓度传感器实时监测的钣喷车间中的甲醛、甲苯、二甲苯等有机挥发物质，并与钣喷室内环境设定的标准参数进行比对，当有害气体浓度数值高于限定浓度时，控制模块开启车间通风系统直至空气品质达标，实现钣喷车间内环境监控系统的闭环动态控制，通过WIFI模块，可利用手机APP进行远程控制、通信和信息共享。确保钣喷工作可以在最佳的环境下完成，提高了钣喷件的漆膜品质，降低成品工件的缺陷率。该系统原理图如图1所示。

图1 系统原理图

2 硬件系统设计

硬件设计主要包括：单片机控制器、ESP01S模块、温度及由有害气体浓度传感器、继电器、LCD1602显示器等。

2.1 单片机控制器

本设计采用Arduino Uno微控制器，主要功能及性能参数：时钟速度为16MHz；闪存为32 KB；6个模拟输入引脚；工作电压为7～12V。芯片功能强大，具有超级便捷的电源管理和内置电压调节功能，只需通过USB电缆将其连至计算机或AC-DC适配器或电池为其供电即可。

2.2 WIFI模块

为实现钣喷车间远程实时监控系统的通信，采用ESP01S模块，可以通过手机APP实现远程监制。主要功能及性能参数：内置32位Cortex；工作频率范围为80MHz；SRAM为20KB；2个通用异步通信口（UART）；工作电压为3.0～3.6V。模块采用串口与芯片直接通信，芯片功能强大，内置TCP/IP协议栈，能够实现串口与WIFI之间的转换，最大网络速率为4Mb/s，串口波特率110～4608000b/s。钣喷车间管理人员能通过手机APP对钣喷车间环境温度进行设置，同时能够观测环境温度、空气品质、换气状态等信息。

2.3 传感器检测

本设计的传感器检测模块主要包括检测钣喷车间环境温度和有害气体浓度。

2.3.1 温度传感器

由于该系统温度传感器按热敏元件与被测介质的位置关系，属于非接触的。根据钣喷车间烘烤温度等进行选型，选用适配微处理器的智能温度传感器AD590JH，测量范围为-55℃～150℃，输出类型：模拟电流输出，在298.2K（25℃）时输出电流为298.2μA，稳定线性输出1μA/K，能够满足设计需要。

2.3.2 有害气体浓度传感器

选择有害气体浓度传感器MS1100用于汽车钣喷车间内空气质量的定量检测，该传感器对甲醛、甲苯、二甲苯等钣喷过程中挥发性气体具有高灵敏度。模拟信号输出范围为0～4V，能够对环境快速地响应，响应时间≦5s，同时具有高分辨率、低功耗等特点，满足设计需求。

2.4 显示模块

本系统通过温度传感器、有害气体浓度传感器实时采集钣喷车间环境信息，并将信号传递给Arduino控制主板，控制器将实时温度信息显示在显示屏上，并将车间温度信息通过WIFI模块发送到手机APP上，以便对钣喷车间环境进行远程调控。采用LCD1602显示器，该屏幕具有低压低功耗、人机界面良好、使用方便、使用寿命长、接口简单等优点，能够显示钣喷车间温度、苯浓度等。

3 系统软件设计

该套监控系统的软件系统按照模块功能包括WIFI模块、控制模块、数据采集模块、控制输出模块、显示模块等部分，其中控制模块是单片机主控制部分，数据采集是收集的温度传感器和有害气体传感器的信号。

软件设计流程如下。

1）系统供电后，对系统初始化（包括显示屏LCD1602、温度传感器、有害气体浓度传感器）。

2）完成初始化后，温度传感器采集钣喷车间温度值，有害气体浓度传感器采集车间内的有害气体浓度值，经过A/D转换输送给单片机读取温度值及有害气体浓度。

3）对单片机读取的数据进行处理，比较程序中设计甲醛、甲苯、二甲苯的浓度最高值，对计算值进行判决，在显示屏上显示，同时通过WIFI在手机上实时共享。如果温度超出设计的最高值，控制红外烤灯继电器模块，暂停红外烤灯电路，如果温度低于设计的最高温度，开启红外烤灯电路；如果有害气体浓度超出设计的最高值，控制排气扇继电器模块工作，排气扇工作，并将控制信息传递到手机上。

在监控过程中以上过程不断循环操作。软件流程图如图2所示。

图2 主程序流程图

4 结语

随着对汽车维修企业钣喷行业环境监管力度增加，对钣喷工人职业健康的深度关注，在钣喷车间现有设备的基础上，本文设计了一套对汽车维修钣喷车间环境品质进行合理检测及科学监控的系统，可实现远程精准操控，根据钣喷车间内测量的环境数据进行自动调节，科学高效同时提高漆膜喷涂效果，改善钣喷车间环境品质，保护钣喷工人的健康安全，具有一定的市场推广价值。