基于PLC控制的学校宿舍抽烟监控器的设计

摘 要：在学校宿舍抽烟非常容易引起火灾。为制止宿舍抽烟行为，特此设计抽烟监控系统，此系统采用MQ-2气体传感器进行烟雾检测、KEYENCNFX1N-24MR型PLC进行控制、步科MT4300C触摸屏进行监控、ISD1820录音语音模块进行语音提示，实现对学校宿舍抽烟的监控。

关键词：PLC； 抽烟； 监控器

中图分类号：TP273.4 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2014）09-110-001

一、引言

教育部2014年1月29日发布关于在全国各级各类学校禁烟有关事项的通知，提出“禁止在中小学幼儿园内吸烟”、“严格限制在高等学校内吸烟”、“建立禁烟工作长效机制”等一系列禁令。学校有必要采取有效措施，鼓励引导有吸烟习惯的师生戒烟。并建立督导检查机制，加强禁烟日常动态监督。学校宿舍抽烟监控器有利于宿舍管理人员监控各个宿舍的抽烟行为，提示和制止学生在宿舍抽烟。

传统的抽烟检测器以检测烟雾信号和发出蜂鸣报警信号为主，起不到监控作用，本设计采用步科MT4300C触摸屏进行抽烟监控，采用PLC进行系统控制，能实现对宿舍抽烟的语音提示，大大加强了对学校宿舍抽烟的监控力度。

二、系统硬件设计

（一）工作原理

图1 工作原理图

如图1所示，当宿舍内有人抽烟时，传感器模块能够检测到烟雾，并输出有效信号为低电平，当输出低电平时信号灯亮，可直接接继电器模块进行信号放大，信号输入到PLC中，PLC程序运行驱动触摸屏显示宿舍号码，记录该宿舍抽烟次数，并驱动语音模块，进行语音提示，提示宿舍内人员不许抽烟。

（二）硬件结构

系统由电源模块、传感器模块、继电器模块、PLC、录音语音模块、触摸屏模块构成。

1.电源模块。单相输入，双路输出5V和24V开关电源，给触摸屏和PLC提供24V电源，给继电器、传感器、录音语音模块提供5V电源。

2.传感器模块。此系统采用MQ-2气体传感器，所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2）。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。

3.继电器模块。4路继电器模块扩展板（带光耦隔离支持AVR/51/PIC单片机），继电器输出触点最大250A10A。输入IN1、IN2、IN3、IN4信号线低电平有效。VCC，GND电源输入端。此模块用于将传感器输入的信号进行放大后输入PLC中。

4.PLC。可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。KEYENCNFX1N-24MR型PLC有14个输入10个输出端子，能够监控14间宿舍。

5.录音语音模块。使用方便的10秒语音录放，高质量、自然的语音还原，带循环播放，点动播放，单遍播放功能，本模块可直接驱动8欧0.5W小喇叭。

6.触摸屏模块。触摸屏（touch screen）又称为“触控屏”、“触控面板”，是一种可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。主要应用于公共信息的查询、领导办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等。此模块采用MT4300C型触摸屏，稳定、可靠、易用，具有更加清晰的显示效果。

三、触摸屏设计

图2 触摸屏界面

触摸屏需要设计2个界面，第1个界面为宿舍抽烟监控界面，需要制作相关文字信息和宿舍显示灯，还需要制作进入第2界面的功能键。第2个界面为抽烟记录界面，用于记录宿舍内抽烟的次数（用数据显示控件制作），制作数据记录清除键，可以清除抽烟记录，需要制作返回第1界面的功能键。制作PLC控制元件，当宿舍有人吸烟时，监控器会发出鸣叫声，直到吸烟停止为主。

四、系统程序设计

五、系统调试

当1001宿舍有人抽烟时，触摸屏鸣叫提示宿舍管理员有人抽烟，并且1001宿舍内语音模块提示1001宿舍内人员不要抽烟，1001宿舍抽烟记录加1，如果超过10S还有人抽烟，则1001宿舍内灯会熄灭。其他宿舍也是如此。按下第1界面中的抽烟历史记录按钮就可以进入第2个界面，如果在按下记录清除按钮，则抽烟记录均会置0，如果按下进入监控界面按钮，就可以返回第1界面。

六、结束语

基于PLC控制的学校宿舍抽烟监控器可以实时观测各个宿舍的抽烟情况，并且进行记录和提示，能够有效制止学校宿舍内抽烟行为，引导学生戒烟。