廖俊學(xué)

（西北民族大學(xué)，甘肅蘭州，730124）

0 前言

煤氣的應(yīng)用十分普遍，無論是日常做飯，還是冬日取暖，都是人們必不可少的需要品，但煤氣作為易燃易爆氣體，如果發(fā)生煤氣的泄漏可能造成很大的安全事故，人們沒察覺時(shí)，可能造成人類一氧化碳中毒窒息而亡，還可能產(chǎn)生爆炸或火災(zāi)等嚴(yán)重的大范圍安全事故，因此，煤氣泄漏的檢測就顯得非常有必要。本文基于51單片機(jī)的處理器為核心，以MQ—2煤氣檢測報(bào)警傳感器為檢測裝置，以蜂鳴器、發(fā)光led燈為報(bào)警裝置，以GSM通信模塊為通信裝置，解決了煤氣泄漏的檢測，報(bào)警等問題，且彌補(bǔ)了一般裝置不具備的通信問題以及成本高昂等一系列問題，實(shí)用性很強(qiáng)。

1 系統(tǒng)的主要功能

本文設(shè)計(jì)的這種基于51單片機(jī)的煤氣泄漏報(bào)警裝置，主要實(shí)現(xiàn)能夠準(zhǔn)確、快速的檢測出被測氣體中有害氣體如一氧化碳、氫氣、烷類、烯類、醇類等的含量，并通過LED顯示屏顯示被測氣體中有害氣體的濃度，當(dāng)有害氣體的濃度超過設(shè)定值時(shí)，報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警聲，并伴隨著燈光閃亮，同時(shí)發(fā)送短信至用戶手機(jī)，提醒用戶煤氣泄漏并作出相應(yīng)措施。相信通過該系統(tǒng)，可以有效的降低因煤氣泄漏引起的事故高發(fā)率。

2 系統(tǒng)的模塊

2.1 單片機(jī)

51單片機(jī)是由因特公司生產(chǎn)的一個(gè)單片機(jī)系列，是一種可編程、可擦除的只讀存儲器的單片機(jī)。而51單片機(jī)最小系統(tǒng)是指單片機(jī)用最少的元件組成的可以工作的系統(tǒng)，通常包括了晶振電路、復(fù)位電路、單片機(jī)及電源。晶振電路由單片機(jī)的18引腳及19引腳構(gòu)成，它們分別代表了芯片內(nèi)部振蕩電路的輸出端與輸入端，而晶振Y1通常也采用12MHz或11.0592MHz，51單片機(jī)最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機(jī)的處理速度，頻率越大處理速度越快。復(fù)位電路由9引腳串聯(lián)一個(gè)電容及電阻構(gòu)成，而串聯(lián)的極性電容C的大小直接決定了單片機(jī)的響應(yīng)時(shí)間，電容C的容值越大，復(fù)位時(shí)間越短，而復(fù)位是為了保證程序能在跑飛的情況下以及程序執(zhí)行發(fā)生故障的情況下的正確運(yùn)行。而電源的正負(fù)極直接連在單片機(jī)的40引腳及20引腳即可，同時(shí)31引腳接一個(gè)上拉電阻連到電源正極就可以選擇程序是從內(nèi)部ROM還是從外部ROM開始執(zhí)行，當(dāng)31引腳接高電平時(shí)，程序從內(nèi)部ROM開始執(zhí)行，反之，從外部ROM開始執(zhí)行。單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)就相當(dāng)于人的大腦，是及其重要的。

2.2 MQ-2煤氣泄漏傳感器

MQ—2是一種對液化氣、甲烷、氫氣、一氧化碳等氣體具有高靈敏性的氣體傳感器，這種傳感器可檢測多種有毒有害且可燃性很強(qiáng)的氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。MQ—2氣體傳感器有4個(gè)引腳，其中有兩個(gè)分別是工作電源的正負(fù)極，VCC與GND，還有一個(gè)DO引腳與一個(gè)AO引腳。其中AO為模擬量輸出端，DO為TTL高低電平輸出端，為了使設(shè)計(jì)簡單和成本低廉，避免了運(yùn)用AO端口，減少了A/D轉(zhuǎn)換器的使用，且因?yàn)閱纹瑱C(jī)只能處理數(shù)字量，所以本文中所用引腳為DO引腳。為了靈活設(shè)定門檻報(bào)警濃度，MQ—2氣體傳感器內(nèi)部接有10千歐的可變電阻器，可以通過改變電阻值改變檢測的靈敏度。當(dāng)檢測氣體濃度達(dá)到門檻濃度時(shí)，MQ—2的LED亮綠燈，表示檢測到煤氣的泄漏。

2.3 報(bào)警模塊

報(bào)警模塊主要由蜂鳴器和發(fā)光LED燈組成。蜂鳴器有兩個(gè)引腳，通常與三極管連用，三極管采用的是SP8050的NPN管。蜂鳴器的正極引腳直接接5V電源，另一個(gè)引腳接三極管的集電極，而三極管的發(fā)射極接地，基極接單片機(jī)的輸出。當(dāng)三極管的基極接收到單片機(jī)輸出的高電平時(shí)，三極管的基極導(dǎo)通，發(fā)射極與集電極相連，發(fā)射極電平被拉低，蜂鳴器兩端承受正壓，蜂鳴器導(dǎo)通，發(fā)出聲音，發(fā)光LED燈只需與蜂鳴器串聯(lián)就可以達(dá)到蜂鳴器發(fā)出聲響的同時(shí)使LED點(diǎn)亮。在這個(gè)過程中，為了防止過大的電壓導(dǎo)致三極管燒壞，必須在三極管的基極串聯(lián)一個(gè)電阻，同理，蜂鳴器兩端也應(yīng)串入電阻，但要防止串入的電阻過大，導(dǎo)致流過蜂鳴器的電流和蜂鳴器兩端的電壓很小，以致于蜂鳴器發(fā)出的聲音很小，達(dá)不到報(bào)警的作用。報(bào)警模塊通過聲音和光亮的雙重刺激，確保事故的發(fā)生能第一時(shí)間為人所知。

2.4 GSM通信模塊

GSM模塊是一種能提供標(biāo)準(zhǔn)接口且具有良好的操作系統(tǒng)、射頻處理與基帶處理的功能模塊。GSM模塊具有發(fā)送SMS短信，語音通話，GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)然贕SM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的所有基本功能。本系統(tǒng)中智能通信電路部分主要采用TC35GSM模塊, 該模塊自帶RS232通信接口, 可方便與PC機(jī)、單片機(jī)連機(jī)通信, 同時(shí)能夠快速、安全、可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務(wù)和傳真。單片機(jī)通過RS232串口將相關(guān)指令和內(nèi)容發(fā)送給 GSM模塊, GSM模塊一旦連接到網(wǎng)絡(luò)就可以立即與單片機(jī)進(jìn)行通信, 其中 GSM模塊中的每一個(gè)指令都設(shè)置了返回驗(yàn)證, 這進(jìn)一步保證了通信的準(zhǔn)確性。當(dāng)最后確認(rèn)指令和信息無誤時(shí),GSM模塊就可以向手機(jī)發(fā)送短信或者撥打電話, 與此同時(shí)手機(jī)也可以作出回應(yīng), 收到的信息被GSM模塊發(fā)送給單片機(jī)系統(tǒng), 單片機(jī)根據(jù)傳達(dá)回來的信息做出相應(yīng)的控制措施。通過GSM通信模塊，我們可以實(shí)時(shí)的把握煤氣泄漏情況，保證了信息傳達(dá)的及時(shí)性，處理事故的快速性、準(zhǔn)確性。

2.5 顯示器模塊

本文所用的顯示器為LCD1602液晶顯示屏，它是一種工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示32個(gè)字符。LCD1602有16個(gè)引腳，其中第一個(gè)和第二個(gè)引腳為GND和VCC，分別接電源地和5V直流電源，然后第7引腳到第14引腳為雙向數(shù)據(jù)端，通常連單片機(jī)的P0口，第5個(gè)引腳為顯示器的讀寫信號端，與單片機(jī)的P3.6端口相連，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作，通過這個(gè)引腳選擇了單片機(jī)與顯示器的數(shù)據(jù)流通方向。第6引腳為LCD1602的使能端，即顯示器的通斷開關(guān)。其余引腳主要實(shí)現(xiàn)對顯示器的亮度，對比度等顯示效果進(jìn)行調(diào)節(jié)。LCD1602具有可顯示字母、數(shù)字、符號等功能，也提供了多種控制命令，列如清除屏幕、使顯示的字符閃爍、使顯示的字符移位等命令。LCD1602還具有體積小、輕便、價(jià)格低廉、功耗低等使用優(yōu)點(diǎn)。所以它作為設(shè)計(jì)中顯示模塊的不二選擇。用戶可以十分方便的從顯示器上讀取信息。

圖1

3 系統(tǒng)原理圖

圖1為本文設(shè)計(jì)完成后的系統(tǒng)的原理圖，從圖中我們可以清楚的看到整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)模塊以及各個(gè)模塊的組成。通過原理圖及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可知，本文設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的無線煤氣泄漏報(bào)警裝置實(shí)現(xiàn)了煤氣泄漏的自動檢測、報(bào)警以及通信等功能，同時(shí)也具有市場上某些產(chǎn)品并不具有的優(yōu)點(diǎn)，具有一定的市場競爭能力，具有一定的市場和應(yīng)用價(jià)值。

圖2

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)上電后進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，需要設(shè)置氣體濃度的報(bào)警的最小值，將所編輯的程序通過看門狗寫入單片機(jī)，當(dāng)濃度大于這個(gè)值時(shí)，就會發(fā)出聲光報(bào)警，并通過GSM通信模塊向手機(jī)發(fā)送短信通知用戶，達(dá)到通信的目的。

5 結(jié)論

綜上所述，本文主要對各個(gè)模塊的組成和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了介紹分析，本文所設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的無線煤氣泄漏報(bào)警裝置，綜合運(yùn)用了單片機(jī)、檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)、模擬電子技術(shù)與數(shù)字電子技術(shù)等多門課程知識，主要針對了家庭煤氣使用的泄漏檢測與監(jiān)控，能夠?qū)崿F(xiàn)煤氣泄漏的自動檢測、報(bào)警與通信功能，且具有成本低廉，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。