肖勤 王先春 周俊帆 歐陽葵 陶源

摘 要：智能家居已經(jīng)大面積地覆蓋到了人們的居家生活，所配置的安全系統(tǒng)，成為其主要賣點，特別是一套完善的燃氣安全系統(tǒng)更是直接關(guān)乎著人們的居家生命財產(chǎn)安全。為此，文中提出一款基于STM32F103RCT6單片機家用一體化燃氣安全設(shè)備的設(shè)計與開發(fā)，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為載體把單片機控制器與氣壓傳感器、火焰探測模塊、燃氣檢測模塊、GSM通信模塊、氧氣檢測模塊、無線控制等集成在一起，與燃氣電磁閥分離開來，設(shè)計一種新型燃氣安全控制報警系統(tǒng)，可最大化地解決因燃氣使用不當而產(chǎn)生的安全隱患。

關(guān)鍵詞：智能家居;燃氣報警;物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);STM32單片機;安全系統(tǒng);無線控制

0 引 言

隨著生活水平的提高，人們對房子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的安全和智能化需求不斷提高，各式各樣的智能家居應(yīng)運而生。然而居家燃氣的使用，直接關(guān)乎戶主的生命財產(chǎn)安全。以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為載體，把單片機控制器與氣壓傳感器、火焰探測模塊、燃氣檢測模塊、GSM通信模塊、氧氣檢測模塊、無線控制等集成于一起，與燃氣電磁閥分離開來，設(shè)計出一種新型燃氣安全控制報警系統(tǒng)，可最大化地解決因燃氣使用不當產(chǎn)生的安全隱患。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計

硬件控制系統(tǒng)以STM32F103RCT6單片機為主控制器，結(jié)合DC_DC&LDC穩(wěn)壓電路、燃氣采集傳感器、聲光報警模塊、氧氣采集傳感器、火焰?zhèn)鞲心K、壓力傳感器組成硬件電路系統(tǒng)。當室內(nèi)燃氣濃度達到預(yù)設(shè)閾值1時，由單片機發(fā)出控制指令，通過nRF2401無線模塊驅(qū)動排氣系統(tǒng)進行通風排氣（當氣體燃燒不充分時）;當燃氣濃度到達閾值2時，驅(qū)動聲光報警器，通過nRF2401無線模塊驅(qū)動電磁閥的關(guān)閉，以及打開排氣系統(tǒng)進行通風排氣;由GSM通信模塊將燃氣泄漏的情況發(fā)送至戶主的手機（此時已確認氣體泄漏）。圖1為硬件系統(tǒng)電路原理圖。

考慮停氣或氣壓過低無法正常使用時，打開燃氣閥后忘記關(guān)閉閥門可能釀成氣體泄漏等事故。此設(shè)計內(nèi)裝有壓力傳感器對管內(nèi)的氣壓進行實時監(jiān)控，當管內(nèi)的氣壓值低于預(yù)設(shè)值時電磁閥自動關(guān)閉，在手動開啟閥門前，電磁閥無法開啟并通過LED報警顯示紅燈以提示氣壓不足等提示信息[1]?；鹧娌杉瘋鞲衅鞑杉煽胤秶鷥?nèi)的火焰情況，將采集的數(shù)據(jù)傳至單片機，通過控制器預(yù)判是否發(fā)生火災(zāi)再進行一系列的報警、處置措施。氧氣采集傳感器實現(xiàn)對浴室中氧氣含量的采集，控制器的設(shè)置控制第二排氣扇開始工作，控制無線通信模塊向手機端傳輸浴室中氧氣不足的信號。A/D采樣換算模塊和OLED模塊的設(shè)置，實現(xiàn)對采集到的燃氣含量數(shù)據(jù)進行換算，將可供人識別的燃氣濃度數(shù)據(jù)顯示到OLED模塊上，讓人更加直觀地了解閥門四周的燃氣含量。聲光報警模塊的設(shè)置，實現(xiàn)對不同情形發(fā)出不同組合類型的聲光報警信號。

安全系統(tǒng)裝置安置于天燃氣電磁閥外側(cè)，可更加直觀地監(jiān)測燃氣使用安全范圍外的信息。主控制器采取無線通信模式，通過無線控制驅(qū)動電路，控制電磁閥的關(guān)斷。當系統(tǒng)檢測到燃氣濃度達所設(shè)閾值2時，由控制器發(fā)出控制指令通過無線模塊傳輸無線通信信號，所處另一端的無線開關(guān)電路接收到關(guān)閥信號時，立即關(guān)斷電磁閥。對排氣控制系統(tǒng)單獨設(shè)立主控制器，采用繼電器驅(qū)動電路，可在不同模式下更加智能地控制排氣系統(tǒng)的開關(guān)，利用穩(wěn)壓電路將家用220 V轉(zhuǎn)至風扇的工作電壓5 V，當燃氣泄漏時可快速地釋放房間內(nèi)的過量燃氣，以及在浴室氧含量降低情況下進行通風換氣。功能模塊電路如圖2所示。

2 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)通過Kile 5進行硬件部分的軟件編程，運用EDA工具Allegro進行硬件仿真以及PCB制板，通過網(wǎng)頁設(shè)計，作為用戶查詢了解家中信息的終端。通過網(wǎng)頁終端的操作界面可以查看到所有的硬件系統(tǒng)所檢測到的數(shù)據(jù)，通過分析后給出相應(yīng)的提示，并設(shè)有控制閥門的開關(guān)按鈕，以及打開排氣系統(tǒng)的操作按鈕，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的緊密結(jié)合，為用戶操作提供更加簡便智能的體驗。

3 燃氣安全系統(tǒng)的重要性

據(jù)統(tǒng)計，我國去年發(fā)生的燃氣事故多達700多起，其中居民用氣事故占61.6%。這組數(shù)據(jù)反映出，人們的居家燃氣使用存在著極大地安全隱患。因此，一套智能的燃氣安全控制系統(tǒng)將大大地降低因為閥門、管件老化導(dǎo)致燃氣管道泄漏，燃氣閥門破損，以及室內(nèi)不通風，燃氣燃燒不充分等容易被人們忽視的問題所引起的安全事故，最大化程度保障人們的生命財產(chǎn)安全。

4 結(jié) 語

家用燃氣安全系統(tǒng)是智能家居系統(tǒng)中不可或缺的一部分，切身保護著人們的居家生命財產(chǎn)安全，讓人們極大程度地享受著智能科技產(chǎn)品給生活帶來的便利。家用燃氣安全系統(tǒng)通過硬件設(shè)計以及軟件仿真，并進行實物操作實驗，各項功能指標均超出預(yù)先期望，可滿足智能家居低成本、高效率、更安全的需求。

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