摘 ?要：以凌陽SPCE061A為控制核心，不斷監(jiān)測環(huán)境中CO氣體的濃度，并做出相應(yīng)實時控制及報警處理。此系統(tǒng)前端由專用CO傳感器感知環(huán)境中氣體的濃度并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)電信號以供處理，后端由控制核心單片機接通排氣扇、給予語音報警提示并自動撥打110或主人報警。該裝置提供了一種在CO濃度威脅居民生命安全時能夠及時予以排解的有效方法，具有實際的應(yīng)用意義。

關(guān)鍵詞：SPCE061A單片機;CO傳感器;語音提示;自動報警

中圖分類號：TP212.9;TN929.5 ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）16-0013-03

Abstract：With Lingyang SPCE061A as the control core，the concentration of CO in the environment is continuously monitored，and the corresponding real-time control and alarm processing are made. The front end of the system is sensed by a dedicated CO sensor and converted into corresponding electrical signals for processing. The back end is connected to the exhaust fan by the control core MCU，and gives voice alarm prompt and dials 110 or master alarm automatically. The device provides an effective method to remove CO concentration in time when it threatens the life safety of residents，and has practical application significance.

Keywords：SPCE061A SCM;CO sensor;voice prompt;automatic alarm

0 ?引 ?言

家庭居室通風(fēng)差的情況下，會因為煤爐產(chǎn)生的煤氣、液化氣管道漏氣、工業(yè)生產(chǎn)煤氣以及礦井中的一氧化碳吸入而導(dǎo)致中毒。在保證人們冬季取暖需要的同時必須提供一種裝置能夠?qū)崟r監(jiān)測環(huán)境中CO的濃度并給予報警，以保證居民的生命安全。

1 ?實現(xiàn)功能

此家用CO濃度報警裝置安裝在家里煤氣旁邊，通過專用傳感器監(jiān)測環(huán)境中CO的濃度并輸出代表不同濃度值的電壓信號。取出此電壓信號送入后級電路進行處理，先通過預(yù)先設(shè)置比較電壓值的三個比較器，比較得出的結(jié)果分別驅(qū)動三個警示燈，并分別送入凌陽SPCE061A單片機的IOA5、IOA6、IOA7口作為不同的語音報警的驅(qū)動信號，并從單片機的IOB0口輸出電壓打開排氣扇，IOA14、IOA15口輸出控制電話自動撥號及免提功能的接通，便于單片機通過電話自動向主人或警察語音報警“這里是×××地址，CO濃度過高，請求支援”。

2  系統(tǒng)設(shè)計方案

2.1 ?總體設(shè)計

根據(jù)要實現(xiàn)的功能，將系統(tǒng)分為電源模塊、CO傳感模塊、電平轉(zhuǎn)換及比較器模塊、單片機控制模塊、外部機械裝置、弱電控強電模塊。系統(tǒng)功能框圖如圖1所示。

2.2 ?模塊設(shè)計

2.2.1 ?電源模塊

系統(tǒng)需要提供5V和15V兩種不同值的電壓，CO傳感器及單片機需要5V工作電壓，比較電路模塊中LM324需要15V電源電壓。供電電路兩種電壓均由220V交流電壓通過變壓器及三端穩(wěn)壓器7815和7805得到。工作原理為，交流220V電壓經(jīng)電源變壓器T1降壓、整流橋（由四個二極管VD1～VD4組成）整流、電容器濾波后，得到直流電壓。直流穩(wěn)壓電源主要負責(zé)對集成運放和繼電器控制模塊供電。另外，部分供電電路采用可充電的鋰電池組，鋰離子電池充滿電時的終止充電電壓約4.2V，終止放電電壓為2.5V～2.75V。由于鋰離子電池過大電流放電時會降低放電時間，故我們在使用時將鋰電池組進行適當(dāng)串并聯(lián)，以增大其輸出電流，擴大其容量，同時保證其較長的供電時間。

2.2.2 ?CO傳感模塊

此模塊主要包括CO傳感器及其信號所需的外圍處理電路。市場上CO傳感器的種類繁多，此處采用HSE2一氧化碳傳感器。傳感器結(jié)構(gòu)采用密閉式設(shè)計，由電極、過濾器、透氣膜、電解液、電極引出線（管腳）、殼體等部分組成。

2.2.3 ?電平轉(zhuǎn)換及比較器模塊

由于CO的濃度不同，傳感器輸出信號的大小不同，所以將其輸出的信號與基準電壓加以比較，以驅(qū)動不同的報警燈及后續(xù)電路。此處采用三種濃度比較，當(dāng)CO濃度超過標(biāo)準A時，指示燈A亮;當(dāng)CO濃度超過標(biāo)準B時，指示燈A及B亮;當(dāng)CO濃度超過標(biāo)準C時，指示燈A、B及C亮。由此分別得到三個警示燈的驅(qū)動電平，將其送至后級單片機模塊以供監(jiān)測并給予相應(yīng)處理。

本系統(tǒng)中采用LM324作為比較器比較兩個輸入電壓的大小，據(jù)此決定輸出是高電平還是低電平。電壓比較器可以用運放構(gòu)成也可以用專用芯片構(gòu)成。用運放構(gòu)成的比較器，其高電平UOH可接近于正電源電壓UCC，低電平UOL可接近于副電源電壓-UEE。但事實上，由于集成運放和專用比較器芯片的Aud不是無窮大，ui在ur附近的一個很小范圍內(nèi)存在著一個比較器的不靈敏區(qū)，Aud越大，這個不靈敏區(qū)越小，稱其靈敏度越高。

此功能模塊電路原理如圖2所示。圖中比較基準電壓為由5V電源通過電阻分壓而得，傳感器輸出實際上是指通過電阻之后的電壓值，所以可以直接接入比較器一端的輸入。

2.2.4 ?單片機控制模塊

此系統(tǒng)采用凌陽SPCE061A單片機，其內(nèi)部自帶雙通道DAC音頻輸出，DAC1、DAC2轉(zhuǎn)換輸出的模擬量電流信號分別通過AUD1和AUD2管腳輸出，DAC輸出為電流型輸出，經(jīng)SPY0030音頻放大，即可驅(qū)動喇叭放音。為了體現(xiàn)人機交互功能，加入了RESET鍵，即在語音警示過程中，若有人發(fā)現(xiàn)此危險狀況并予以排解，可以通過按鍵RESET使單片機重新進入睡眠狀態(tài)，以節(jié)約能源，并能進行后續(xù)監(jiān)測。

2.2.5 ?控制外部機械裝置及弱電控強電裝置

驅(qū)動外部排氣扇運轉(zhuǎn)需要較大電壓，而單片機輸出的高電平最高也只有3.5V左右，不能驅(qū)動排氣扇工作，所以需要設(shè)計一個弱電控強電電路。此系統(tǒng)采用三極管與繼電器控制排氣扇的工作及自動撥號電路的接通。繼電器分為常開點和常閉點，當(dāng)常閉點之間的線圈有電流通過的時候，常開點吸合，外接電路接通，當(dāng)電流消失后斷開。故而可以用其實現(xiàn)弱電控強電，即電流控制的開關(guān)。單片機通過繼電器控制接通自動撥號電路如圖3所示。

2.2.6 ?自動撥號電路

此系統(tǒng)中自動撥號電路通過電話自動撥號裝置來實現(xiàn)。實現(xiàn)功能為：當(dāng)CO濃度嚴重超標(biāo)時，從IOA15口輸出一高電平，通過繼電器吸合接通免提線，并通過IOA14口控制自動撥號裝置自動撥號給主人或110進行報警。此后監(jiān)測聽筒中是忙音還是接通音，若是忙音就掛斷，重新監(jiān)測IOA口以決定是否再次撥打電話報警;若是接通音，則自動播報“這里是×××地址，CO濃度太高，請求支援”，從而達到自動撥號報警的目的。

2.3 ?軟件設(shè)計

此程序用SPCE061A的C語言實現(xiàn)了一系列功能。主程序流程圖如圖4所示。

系統(tǒng)啟動后，首先進行訓(xùn)練，然后持續(xù)監(jiān)測IOA口電平高度（即CO濃度高低）。根據(jù)濃度情況，分別將風(fēng)扇調(diào)節(jié)至相應(yīng)檔次，加快空氣流通，降低室內(nèi)CO濃度。并啟動報警程序，自動多次撥打報警電話，直至接通后，語音提示地址及求救信息兩遍后，掛斷電話。繼續(xù)監(jiān)測CO濃度，如果仍然偏高，則進入下一次開風(fēng)扇和報警動作。

3 ?結(jié) ?論

CO濃度監(jiān)測及應(yīng)急報警裝置在生活中具有實際意義，可以有效地減少甚至防止因為煤氣泄漏而造成的悲劇。此裝置還有進一步提升功能的空間，如果可以找到一種更有效地監(jiān)測環(huán)境中CO濃度的方法，便可以降低裝置生產(chǎn)及使用的成本。

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作者簡介：孟凡文（1987-），女，漢族，山東日照人，工程師，碩士研究生，研究方向：智能裝備系統(tǒng)與電子信息系統(tǒng)。