張懿之，李凱峰

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利用GSM通訊技術對燃氣報警器遠程控制和信息交流

張懿之1，李凱峰2

（1.大慶實驗中學，黑龍江 大慶 163316；2.大慶市測試技術服務分公司研發(fā)制造中心，黑龍江 大慶 163000）

利用GSM模塊通訊技術對燃氣泄漏遠程報警裝置進行智能控制和信息交流，能夠方便、快捷地通知人們?nèi)細庑孤╇U情發(fā)生的時間和位置，使有關人員及時采取有效措施遏制險情，把燃氣泄漏危害在最短的時間內(nèi)降到最小。這項應用可以稱為燃氣泄漏報警雙保險，即便在千里之外的人們也能夠在漏氣發(fā)生第一時間得到通知，從而使及時得到報警消息的現(xiàn)場和非現(xiàn)場人員，可以實現(xiàn)贏得搶險的寶貴時間，有力地保障人們生命、財產(chǎn)和環(huán)境安全。GSM模塊在報警器的應用，具有智能控制，材料易購，量產(chǎn)容易，用途廣泛、實用等特點。此應用不僅可用于家庭，而且對有毒有害可燃等氣體的泄漏檢測都有十分重要的作用，如果加以推廣，無論工業(yè)還是民用類危險氣體的使用將會更安全、便利、可靠。

GSM模塊；智能控制；信息交流；傳感器

燃氣廣泛應用于人們的生產(chǎn)生活中，燃氣泄漏導致的傷、殘、死案例更是觸目驚心。大家永遠也不會忘記2015-08-12天津港爆炸事故，劇烈的爆炸和熊熊烈火，成了全民之殤。僅我們生活的小區(qū)，5年內(nèi)就發(fā)生了2起慘烈的燃氣泄漏爆炸事故。這些悲劇讓我們痛而思考，怎樣才能有效避免燃氣泄漏引起的中毒、爆炸和火災對財產(chǎn)、生命造成的危害？

值得我們思考的是，上述這些險情未釀成悲劇時，現(xiàn)場都有人員，他們?yōu)槭裁床粌H不能阻止災難的發(fā)生，反而身受其害？顯然在險情初現(xiàn)時，現(xiàn)場人員大多因年老、病弱、幼小，或熟睡，或無法感知危險的存在……尤其冬季密閉環(huán)境下，燃煤、木炭取暖、家用燃氣熱水器外排不良等情況，存在極大的漏洞和危險因素，易產(chǎn)生嚴重危害，且漏氣環(huán)境中人員不易發(fā)覺，漏氣環(huán)境以外的人員更無法預知。因此需要一個智能遠程設備，提醒現(xiàn)場和非現(xiàn)場人們更早、更及時、更有效地發(fā)現(xiàn)和處理燃氣泄漏，避免和減少災難的發(fā)生。

市場上現(xiàn)有的燃氣報警器已具有現(xiàn)場報警和漏氣鎖死功能，本項目不再研究。利用GSM模塊通訊技術和單片機自動化控制技術應用到燃氣報警器中，可以對燃氣泄漏遠程報警裝置進行智能控制和信息交流。本項目主要由GSM模塊、單片機和半導體式氣敏傳感器模塊組成。

1 整體結構設計

本報警裝置由GSM模塊通信、單片機控制系統(tǒng)和燃氣傳感器系統(tǒng)構成，它擁有一套智能完成檢測、聲光報警和短信通知報警的高級智能化報警系統(tǒng)。MQ-4傳感器具有良好的穩(wěn)定性、準確性和靈敏性。當裝置檢測到有毒、有害、可燃等氣體泄露時，會立即啟動報警，泄漏現(xiàn)場指示燈閃爍、蜂鳴器警報響起的同時，單片機控制GSM模塊持續(xù)向預設手機號碼發(fā)送燃氣泄露報警短信，通知燃氣泄露位置，讓相關人員及時接收并采用安全可靠手段及時處理燃氣泄漏險情。裝置整體框架如圖1所示。

圖1 裝置整體框圖

2 裝置硬件設計

報警裝置中GSM短信模塊電路、燃氣采集電路、變壓比較電路和單片機主導電路是構成該報警器的必需電路，它的主要核心是GSM模塊系統(tǒng)、燃氣傳感器系統(tǒng)和單片機控制系統(tǒng)。GSM模塊在燃氣泄露報警裝置中的應用，以52型單片機為控制核心，以燃氣MQ-4傳感器為探測模塊，當燃氣在空氣中的濃度超過設定值時，報警器除發(fā)出聲光報警信號外，還會被觸發(fā)從而給指定手機發(fā)送報警短信。

2.1 報警器電路

我們選用的MQ-4氣敏傳感器對有毒、有害、可燃等許多氣體都可以進行檢測。在實際運用中，我們在被測范圍內(nèi)放入采集電路和信號放大電路，它的作用是測量是否有燃氣泄漏。燃氣傳感器把搜集到的被測信號進行運放整理，使處理的信號可供單片機識別。當檢測到燃氣泄漏時，蜂鳴器工作，起到聲音報警的作用。同時，單片機控制GSM模塊持續(xù)向預設手機號碼發(fā)送報警短信，通知燃氣泄漏位置，以便及時采取有效搶險止漏措施。

2.1.1 MQ-4傳感器采集電路

本裝置中選用MQ-4燃氣傳感器作為報警裝置的測量元件。MQ-4傳感器靈敏度高，穩(wěn)定性好，在較寬的濃度范圍內(nèi)對可燃氣體有良好的靈敏度，應答快速，抗干擾能力強，不需要經(jīng)常清理和維修。

2.1.2 蜂鳴器工作電路

聲音報警裝置和單片機引腳P0.4連接，當檢測到有害氣體產(chǎn)生時，單片機的P0.4腳置為高電平，此時雙極性晶體管控制蜂鳴器運作發(fā)出聲音報警。

2.1.3 GSM短信模塊電路

GSM，是全球移動通信系統(tǒng)的簡稱，是主要的蜂窩系統(tǒng)之一[1]。GSM網(wǎng)絡具有穩(wěn)定的網(wǎng)絡信號和遠距離通信的特點。SIM900A模塊具有高集成度、小容量的通信模塊，可實現(xiàn)呼叫和發(fā)短信功能，類似于手機，但相對于手機價格更低，因此被廣泛應用。

2.1.4 按鍵調(diào)節(jié)電路

按鍵電路如圖2所示，按鍵K1連接串口P1.0，K2連接P1.1，K3連接P1.2，K4連接RST。單片機初始化先給I/O接口賦一高電平，當任意一個按鍵閉合時，即相當于該I/O接口通過按鍵與地相連，變成低電平，程序一旦檢測到I/O變?yōu)榈碗娖?，說明按鍵被按下，然后會執(zhí)行對應的指令。

注：K1為布防按鍵；K2為撤防按鍵；K3為臨時發(fā)送遠程報警信息；K4為單片機復位按鍵，使系統(tǒng)恢復原有狀態(tài)。

2.1.5 狀態(tài)指示燈電路

在報警器工作時，添加指示燈對有無燃氣泄漏的狀況進行顯示，效果更直觀。綠燈接引腳P2.0，黃燈接引腳P2.2，紅燈接引腳P2.5。單片機可以依照采集到環(huán)境燃氣氣體的濃度信號，從而命令不同的發(fā)光二極管發(fā)光。當被測范圍內(nèi)沒有檢測到氣體泄漏信號時，綠色發(fā)光二極管工作，從而告訴我們當前測量范圍屬于正常；當黃色發(fā)光二極管工作時，則告訴我們被測范圍內(nèi)有氣體泄漏信號，并由GSM模塊發(fā)送短信通知；當紅燈亮起時蜂鳴器工作，警告人們要趕快去查看是否有燃氣泄漏。

2.2 裝置中的控制元件——單片機

單片機在設計中起著決定性的作用，是該系統(tǒng)的心臟。一方面接收處理信號發(fā)送到微控制器的燃氣傳感器，另一方面也控制其他對應部分電路，比如控制聲音報警和短信報警等。在完成一系列復雜信號的過程中，MCU的運行速度不僅快速，而且準確。芯片，我們選擇了AT89C52控制器，它性價比高，實用性強。屬于節(jié)能環(huán)保類，生活中的鋰電池可以為它提供動力。它的存儲空間大，不受外界干擾，對靜電有抵抗能力，能夠抵抗大范圍的快速脈沖干擾，工作溫度范圍廣，有4路I/O控制端口。

3 軟件的系統(tǒng)設計

運用C語言程序編譯成目標文件，錄入單片機中，控制各個電路工作。探測出來的信號經(jīng)比較器處理后發(fā)送給單片機，單片機軟件程序判斷之后驅(qū)動相應的指示燈和蜂鳴器報警，同時驅(qū)動短信發(fā)送模塊向指定的號碼發(fā)送短信。

Keil可以完成從編寫到編譯的一系列開發(fā)過程，可以將C語言程序編譯成目標文件，形成HEX文件[2]。系統(tǒng)測試可以將HEX文件下載到單片機進行測試。

主程序啟功，進入工作狀態(tài)，要對漏氣傳感器進行預熱，使其能夠正常工作。程序初始化后，按鍵操作使系統(tǒng)進入布防狀態(tài)，傳感器進入工作狀態(tài)，檢測周圍環(huán)境有無漏氣信號，如果檢測到漏氣信號則對檢測到的漏氣進行變壓比較，變成單片機可識別的電信號，控制GSM模塊進行短信報警。主程序內(nèi)有許多小的子程序，其中有初始化程序、控制程序、發(fā)光二極管控制程序、鍵位開關控制程序等[3]。

4 應用

GSM模塊通訊技術對燃氣泄漏遠程報警裝置進行智能控制和信息交流的應用可以實現(xiàn)燃氣等可燃性氣體的使用，更安全可靠。利用GSM模塊通訊技術和單片機自動化控制技術，以漏氣MQ-4傳感器為探測模塊，探測出可燃氣體的環(huán)境濃度，經(jīng)運放等處理后發(fā)送給單片機，單片機軟件程序判斷之后驅(qū)動相應的指示燈燈和蜂鳴器報警，同時驅(qū)動短信發(fā)送模塊向指定的號碼發(fā)送短信。該產(chǎn)品最大的特點就是將短息發(fā)送模塊與單片機連接到一起，既可在現(xiàn)場報警，還可通知在千里之外的人知曉這一信息，讓人們能夠放心出行。本報警裝置節(jié)約人工成本，生產(chǎn)費用低，實用性強，可廣泛應用在家庭和存放易燃易爆氣體的場所。

［1］劉勇.基于單片機和GSM的火災報警器設計［J］.數(shù)字技術與應用，2012（1）.

［2］于智洋.淺析智能建筑中燃氣泄漏自動報警系統(tǒng)的設計［J］.江漢石油，2008（2）.

［3］程曉舫，王瑞芳.燃氣泄漏探測的原理和方法［J］.中國安全科學報，1994（9）.

2095－6835（2019）03－0124－02

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10.15913/j.cnki.kjycx.2019.03.124

張懿之（2001—），女，黑龍江人。李凱峰（1968—），男，黑龍江人，本科，學士學位，高級工程師，主要從事電子信息技術專業(yè)研發(fā)工作。

〔編輯：嚴麗琴〕