摘 要：文章設(shè)計(jì)的煤氣檢測(cè)報(bào)警裝置以AT89S51單片機(jī)為主控制器，利用氣敏傳感器檢測(cè)信號(hào)、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行濃度轉(zhuǎn)換。當(dāng)環(huán)境中煤氣濃度發(fā)生變化、超出設(shè)定安全范圍時(shí)，報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警聲信號(hào)，同時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉煤氣閥門，打開(kāi)排氣扇，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)控制。

關(guān)鍵詞：51單片機(jī);煤氣檢測(cè);氣敏傳感器;報(bào)警系統(tǒng)

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與人民生活的不斷水平提高，家用煤氣得到了普及，不可否認(rèn)，煤氣的價(jià)格低廉、利用率高，給生活帶來(lái)了極大便利，但隨之也帶來(lái)了一系列問(wèn)題。煤氣的主要成分是H2和CO，其中，CO對(duì)人體危害非常大，當(dāng)CO質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.06%時(shí)，人就會(huì)出現(xiàn)頭暈等癥狀，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)繼續(xù)升高，則有可能危害到生命安全。同時(shí)，CO在空氣中極其不穩(wěn)定，與空氣混合后易發(fā)生爆炸，給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大的損失。在生活中，因?yàn)橛脩舻拇中幕蛘呤褂貌灰?guī)范，煤氣的泄漏事故時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致許多鮮活的生命因此而逝去，應(yīng)該避免類似的悲劇發(fā)生。

本文設(shè)計(jì)的基于51單片機(jī)的家用煤氣檢測(cè)報(bào)警裝置很好地解決了這一問(wèn)題，該裝置操作簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)，而且設(shè)計(jì)成本不高，適用于普通家庭。

1 ? ?系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的煤氣檢測(cè)報(bào)警裝置系統(tǒng)框架如圖1所示，該裝置能夠?qū)γ簹庵蠧O的濃度進(jìn)行檢測(cè)，并實(shí)時(shí)顯示在LED屏幕上，在檢測(cè)到濃度超標(biāo)時(shí)，會(huì)發(fā)出警報(bào)，并自動(dòng)處理，排除危險(xiǎn)。具體原理：由氣敏傳感器檢測(cè)出室內(nèi)空氣中CO的濃度，將輸入量轉(zhuǎn)換成為模擬信號(hào)，再由信號(hào)放大器對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行放大，由A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成為數(shù)字信號(hào)并傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行處理，判斷濃度是否超過(guò)設(shè)定值，并輸出電信號(hào)顯示在LED上。

本裝置主要包括：用戶輸入模塊、CO氣體檢測(cè)的檢測(cè)模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、聲報(bào)警的報(bào)警模塊、LED顯示模塊、執(zhí)行模塊[1]。

2 ? ?主要硬件結(jié)構(gòu)

2.1 ?單片機(jī)

本裝置選用AT89S51單片機(jī)，是一款低功耗、高性能的CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)有一個(gè)4 kB的Flash程序存儲(chǔ)器，能夠兼容MCS-51指令系統(tǒng)和80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用的8位中央處理器及ISP Flash存儲(chǔ)單元。該系列的單片機(jī)發(fā)展比較成熟，應(yīng)用廣泛而且性能穩(wěn)定、售價(jià)較低，能大大降低裝置的生產(chǎn)成本。

2.2 ?MQ-7傳感器

基于安全性和經(jīng)濟(jì)實(shí)用性的考慮，本裝置最終選取了MQ-7傳感器來(lái)檢測(cè)CO濃度，使用氣敏材料二氧化錫（SnO2）。具體原理是利用SnO2在不同成分空氣中的電導(dǎo)率不同，當(dāng)空氣中摻雜了CO時(shí)，SnO2的電導(dǎo)率升高，電路中地輸出信號(hào)增高，對(duì)應(yīng)空氣中CO濃度的升高。采用高溫和低溫循環(huán)的模式，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)，低溫時(shí)檢測(cè)濃度，加大電壓變成高溫時(shí)則能清洗掉吸附在傳感器上的氣體。同時(shí)，該傳感器的靈敏度非常高，能夠確保裝置的安全性、可靠性[2]。

2.3 ?A/D轉(zhuǎn)換器

A/D轉(zhuǎn)換器采用ADC0832芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，ADC0832芯片是由NS公司生產(chǎn)的8位轉(zhuǎn)換器，能通過(guò)三線接口與單片機(jī)相連接，體積小，功耗低，兼容性強(qiáng)，而且價(jià)格低廉，適合在體積較小的設(shè)備中使用，與本文設(shè)計(jì)的裝置完美契合。在實(shí)際操作過(guò)程中，由該芯片將傳感器傳出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)后，發(fā)送給單片機(jī)。

2.4 ?報(bào)警模塊

報(bào)警模塊主要由蜂鳴器和三極管所組成，蜂鳴器的兩個(gè)引腳與三極管連接，當(dāng)檢測(cè)到有煤氣泄漏時(shí)，由單片機(jī)輸出高電平到三極管的基極，三極管基極導(dǎo)通，集電極和發(fā)射機(jī)連接，使得發(fā)射機(jī)電平為零，使蜂鳴器受正壓，蜂鳴器被導(dǎo)通，發(fā)出聲音報(bào)警[3]。

2.5 ?執(zhí)行模塊

執(zhí)行模塊與報(bào)警模塊的工作原理類似，當(dāng)檢測(cè)到有煤氣泄漏時(shí)，由單片機(jī)輸出高電平，使排氣扇的電路導(dǎo)通，開(kāi)始排氣。同時(shí)，單片機(jī)對(duì)電磁閥門輸出低電平，使電磁閥門關(guān)閉，停止煤氣的泄漏。

2.6 ?顯示模塊

本裝置選用了LCD1602液晶顯示屏，是一款工業(yè)字符型液晶，能夠顯示32個(gè)字符。該顯示屏的工作電壓為3.3 V/5 V，其對(duì)比度可調(diào)、內(nèi)部含有復(fù)位電路、能夠提供各種控制命令，如：清屏、光標(biāo)閃爍、字符閃爍、顯示移位等功能。因其微功耗、體積小、超薄輕巧、顯示內(nèi)容豐富等優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)應(yīng)用十分廣泛[4]。

3 ? ?主要軟件設(shè)計(jì)

主程序流程如圖2所示，初始化程序主要包括：設(shè)置堆棧指針、設(shè)置初始變量、分配變量的內(nèi)存空間等[5]。系統(tǒng)默認(rèn)了煤氣濃度報(bào)警值為0.05，用戶也可以根據(jù)實(shí)際情況自行設(shè)定閾值。濃度采集程序根據(jù)要求對(duì)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，由單片機(jī)對(duì)采集的數(shù)據(jù)與設(shè)定追做比較，當(dāng)測(cè)量值超限時(shí)，程序報(bào)警，發(fā)出對(duì)應(yīng)的高低電平，自動(dòng)采取安全措施。

4 ? ?結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的煤氣檢測(cè)報(bào)警裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用戶操作方便，而且準(zhǔn)確性高，具有較高的使用價(jià)值，還可用于公共場(chǎng)合，如餐廳、學(xué)校食堂、火車地鐵站等人流密度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高的地方，確保人員安全，具有良好的市場(chǎng)前景。

[參考文獻(xiàn)]

[1]郭振華.半導(dǎo)體氣體傳感器及其陣列的檢測(cè)技術(shù)研究[J].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[2]王程研.基于AVR單片機(jī)的智能家庭測(cè)控報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010（26）：92.

[3]李育生，常曉明，閻曉偉.基于單片機(jī)的煤氣滲漏監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].山西大同大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（3）：43-45.

[4]孫小春.基于單片機(jī)的無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)研究[J].海南大學(xué)學(xué)報(bào)，2013（3）：254-256.

[5]李智巖，劉玥，柳娟，等.基于單片機(jī)的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].信息技術(shù)與信息化，2016（12）：17-19.

基金項(xiàng)目：江蘇大學(xué)2019年大學(xué)生科研立項(xiàng)項(xiàng)目（18B070）

作者簡(jiǎn)介：高遠(yuǎn)東（1999— ），男，漢族，湖北宜昌人，本科生;研究方向：儀器學(xué)。