余曉宇，朱靈婉，朱滿意

（安徽文達信息工程學院電子電氣工程學院，安徽合肥 230032）

1 概述

目前，國內(nèi)使用的民用燃氣主要包括天然氣、液化石油氣以及罐裝煤氣，大部分城市居民家里使用管道天然氣及液化石油氣，大部分農(nóng)村居民家中及部分餐飲行業(yè)會選擇價格較低且具有便攜性的罐裝煤氣。由于設(shè)備不完善或操作者使用不當發(fā)生管道或罐體泄漏會使得一氧化碳的濃度超標。一氧化碳氣體的特點是無色、無臭、無味，一旦發(fā)生泄漏，人們很難察覺，吸入后會對人體造成傷害。為了避免濃度超標導(dǎo)致的人體中毒或者更嚴重的爆炸事故發(fā)生，除了提高產(chǎn)品本身的質(zhì)量，還應(yīng)采取相應(yīng)的防治手段。

目前，市場上的小規(guī)模一氧化碳氣體檢測報警器功能較為有限且性能穩(wěn)定性較低，大多都是需要居民在家的情況下才能使用，利用價值不高。而大規(guī)模的監(jiān)控系統(tǒng)雖然穩(wěn)定性更優(yōu)，但價格昂貴，后續(xù)維護費用較高，且需要專門的技術(shù)人員來管理，不適用于一般的中小企業(yè)和家庭。因此，研制一款性能可靠、經(jīng)濟實惠且低功耗的一氧化碳氣體檢測報警系統(tǒng)具有實際意義。

基于ST89C52的室內(nèi)一氧化碳檢測報警系統(tǒng)，將傳感器的輸出信號通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路處理后在LCD進行顯示，當一氧化碳濃度值超過設(shè)定好的閾值上限時，報警器發(fā)出報警，通過GSM（SIM800C）向“指定手機號”發(fā)送報警短信，居民手持手機即可實時接收信息。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計

該系統(tǒng)使用單片機為控制主體，完成對室內(nèi)一氧化碳濃度的檢測并在超過閾值后向終端發(fā)出報警。通過可燃氣體傳感器檢測室內(nèi)的一氧化碳氣體含量，檢測得到的輸入模擬信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)為輸出電壓信號，該輸出信號由單片機控制，通過聲光報警電路向終端發(fā)送短信。氣體檢測測試儀的基本步驟：單片機采集MQ-7傳感器（主要用于家用氣體泄漏警報器和便攜式氣體檢測儀器的氣體傳感器）信號，將其轉(zhuǎn)換并儲存在數(shù)據(jù)儲存器中，單片機識別出氣體并通過特定的算法分析氣體濃度值，如果超過設(shè)定值，則向警報發(fā)送SMS，并將結(jié)果輸出到LED顯示屏。

系統(tǒng)主要功能模塊包括傳感器模塊、單片機模塊、報警器模塊、GSM短信報警、排氣扇以及LCD顯示器模塊等，其可以準確測量周圍環(huán)境中的一氧化碳氣體的濃度值，并實現(xiàn)每個模塊的功能控制和單片機編程語言的控制。

設(shè)計的報警器可實現(xiàn)的功能：在一氧化碳濃度達到閾值（100×10-6）時啟動蜂鳴器報警，2min報警無效后，立即啟動排風扇。系統(tǒng)整體設(shè)計，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)原理

2.1 硬件設(shè)計

該系統(tǒng)使用ST89C52單片機控制每個模塊。系統(tǒng)主要包括電源電路、A/D數(shù)據(jù)采集電路、傳感器電路、上電復(fù)位電路、晶體振蕩器電路、手動復(fù)位電路、LCD屏幕、按鍵輸入與GSM（SIM800C）、聲光報警電路等。系統(tǒng)設(shè)計框架是最小的單片機系統(tǒng)，單片機最小系統(tǒng)含有晶體振蕩器電路、單片機電路和復(fù)位電路。在測試環(huán)境中，通過A/D轉(zhuǎn)換器將輸出電壓模擬量轉(zhuǎn)為數(shù)字量，并將其發(fā)送到單片機ST89C52中，最終將一氧化碳濃度值在LCD液晶上進行顯示，當濃度達到預(yù)先設(shè)定的報警值時，儀器即發(fā)出報警信號。

2.2 軟件設(shè)計

該系統(tǒng)設(shè)計使用KeilμVision4進行程序編寫和調(diào)試，以C52為主要編程語言。系統(tǒng)經(jīng)過上電復(fù)位，初始化，設(shè)置指定一氧化碳檢測濃度值，以及一氧化碳檢測上限值，并在LCD1602液晶顯示屏顯示檢測到的濃度值。主程序流程如圖2所示。

圖2 主程序流程

顯示界面子程序?qū)崿F(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計的特定功能。當顯示主界面時，按鍵來判斷下一個狀態(tài)。按下功能鍵，將進入報警界面。此時，可以通過加減按鍵來設(shè)置警報值，并且可以通過按退出鍵返回主界面顯示；如果系統(tǒng)發(fā)出警報，則存儲報警值，否則繼續(xù)顯示主界面。顯示界面子程序流程如圖3所示。

圖3 顯示界面子程序流程

3 系統(tǒng)調(diào)試

3.1 電路焊接

根據(jù)電路設(shè)計原理圖設(shè)計元器件位置情況，清理電路板上的小孔等位置，主要防止灰塵等問題影響焊接效果。將元器件引腳固定在電路板的合適位置上，做好焊接準備。在焊接的過程中選擇合理的焊接順序：首先焊接要求較為簡單的零件，其次焊接較為普通以及較為復(fù)雜的元器件。

完成以上檢查，并保證正確后，就可以打開電源進行調(diào)試，注意電源的正極和負極不能接反。

3.2 實物系統(tǒng)調(diào)試

首先設(shè)計GSM（SIM800C）發(fā)短信操作流程。

（1）將準備好的移動卡芯片朝下、缺口朝外插進SIM800C模塊中。

（2）電路板用2A以上的手機充電頭供電（必須滿足，不可使用電腦）。

（3）板子上有兩個LED燈，一個用于電源指示燈，另一個用于NET（網(wǎng)絡(luò)指示燈）。板子上的NET指示燈大概是0.8s閃一下，這種狀態(tài)為沒有找到網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。若板子注冊到網(wǎng)絡(luò)，NET燈大概3s閃一下，這樣的情況GSM模塊功能才可以正常使用。

（4）發(fā)短信，設(shè)置接收短信的手機號碼。假設(shè)手機的號碼是A（如PHONE SMS：131********），SIM800C模塊里的手機號碼為B，則向B發(fā)送短信，且需要編輯的短信內(nèi)容為：PHONE SMS：131********。

（5）板子返回set end，即設(shè)置成功。當接上電源時，液晶顯示屏第一行是所測煙霧值，第二行是設(shè)定值。當所測煙霧值大于設(shè)定值時（此刻測試用打火機吹滅火苗來模仿二氧化碳濃度，在MQ-7傳感器上端打著，利用噴出的氣體使二氧化碳檢測濃度增大），蜂鳴器報警，指示燈狀態(tài)改變，風扇轉(zhuǎn)動降低環(huán)境中的二氧化碳濃度并同時發(fā)送短信，如圖4和圖5所示。

圖4 set end設(shè)置成功

圖5 發(fā)送報警短信

4 結(jié)論

一氧化碳氣體濃度過高會嚴重威脅人們的生命安全。設(shè)計一氧化碳氣體檢測報警系統(tǒng)能夠?qū)崟r對濃度進行檢測，能夠很好地保障用戶安全，起到檢測預(yù)警的作用。室內(nèi)一氧化碳氣體檢測報警系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)合計算機、工業(yè)控制、機械等技術(shù)。本文研究的一氧化碳氣體檢測與報警系統(tǒng)以單片機ST89C52為控制核心，集成液晶LED顯示模塊、A/D 轉(zhuǎn)換模塊、傳感器檢測模塊等多個模塊。本系統(tǒng)能夠準確檢測到室內(nèi)一氧化碳的濃度是否超標并能夠及時報警，同時通過短信告知用戶，有效防止事故的產(chǎn)生。