杜云飛 何晨 何榕 梁政 任泓羽

【摘?要】天然氣作為工業(yè)發(fā)展的重要資源，其在現(xiàn)代生活中扮演的角色越來(lái)越重要?，F(xiàn)實(shí)生活中也不僅僅只有天然氣這一種可燃性氣體，包括液化氣等都是常見的資源。但以近幾年來(lái)的新聞報(bào)道來(lái)看，可燃性氣體帶來(lái)的安全事故也時(shí)常發(fā)生，少有操作不慎或者疏忽都有可能造成煤氣泄漏，引發(fā)火災(zāi)的情形發(fā)生，對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了極大的破壞。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī);檢測(cè);報(bào)警

引言

基于此，設(shè)計(jì)一套安全可靠的系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境中的可燃性氣體濃度就顯得尤為重要，這也是降低事故發(fā)生概率最有效的措施。一方面系統(tǒng)顯示可燃性氣體濃度來(lái)提醒屋主，另一方面啟動(dòng)報(bào)警裝置讓屋主警覺，可以很好的防止安全事故的發(fā)生。在此背景下應(yīng)運(yùn)而生的氣體檢測(cè)裝置，正是信息時(shí)代的典型產(chǎn)物。傳統(tǒng)的氣體檢測(cè)裝置需要通過(guò)人工一一進(jìn)行開啟或者關(guān)閉工作，而現(xiàn)代氣體檢測(cè)裝置數(shù)量越來(lái)越多，種類也越加繁多，當(dāng)用戶回到家中時(shí)，勞累的身體還需要對(duì)這些氣體檢測(cè)裝置一一進(jìn)行操作，加重了身體的負(fù)擔(dān)，傳統(tǒng)的模式已經(jīng)不能夠滿足人們的需求，在這樣的背景下，基于單片機(jī)的自動(dòng)氣體檢測(cè)裝置的產(chǎn)生很好的解決了這個(gè)問題。

一，系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)的技術(shù)要求

在設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時(shí)，一個(gè)關(guān)鍵步驟就是要對(duì)單片機(jī)的技術(shù)性能做出選擇，指的是根據(jù)系統(tǒng)的性能要求來(lái)選擇合適的單片機(jī)類型。這就需要結(jié)合實(shí)際的情形來(lái)進(jìn)行合理的選擇，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展后，業(yè)內(nèi)對(duì)單片機(jī)的選型已經(jīng)基本形成了標(biāo)準(zhǔn)，適用于大部分場(chǎng)合。常用的幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)有以下幾種：

（1）體積?。?jiǎn)纹瑱C(jī)是系統(tǒng)控制的中心模塊，需要盡量選擇體積小的單片機(jī)，減少占用的空間，這樣在系統(tǒng)維護(hù)階段也能表現(xiàn)出更好的性能。

（2）功耗低：功耗問題始終是系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須考慮的一個(gè)問題，一般情況下單片機(jī)系統(tǒng)都是采用干電池供電。

（3）可靠性高：此標(biāo)準(zhǔn)指的是單片機(jī)系統(tǒng)在完成硬件部分的檢測(cè)后能夠在不同環(huán)境中表現(xiàn)出相同的性能，受環(huán)境影響較小，性能穩(wěn)定。

1.2系統(tǒng)的組成及方案設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)初期就明確需要完成的功能，如下：

（1）檢測(cè)部分：能夠?qū)Νh(huán)境中的可燃性氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過(guò)顯示屏顯示出來(lái);

（2）報(bào)警部分：當(dāng)檢測(cè)氣體的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)主模塊處理后，判斷濃度是否達(dá)到上限值，當(dāng)超過(guò)上限值則啟動(dòng)報(bào)警裝備。

在設(shè)計(jì)系統(tǒng)組成時(shí)主要參考的需要完成的功能。因?yàn)橐獙?duì)環(huán)境中的可燃性氣體進(jìn)行檢測(cè)，因此包含氣體傳感器檢測(cè)模塊，接著采集的數(shù)據(jù)信息需要轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，因此包含AD轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息后需要交由單片機(jī)進(jìn)行處理，因此包含核心的單片機(jī)模塊，此外，還需要將處理后的濃度信息顯示出來(lái)，因此包含顯示模塊，最后，需要將濃度信息與上限值進(jìn)行對(duì)比，超過(guò)了上限值需要發(fā)出警告，因此還包含報(bào)警模塊。

二，燃?xì)庑孤z測(cè)報(bào)警系統(tǒng)硬件

2.1 主控模塊

可燃性氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)其核心控制模塊為單片機(jī)模塊。其核心控制作用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，當(dāng)可燃性氣體檢測(cè)模塊檢測(cè)好氣體濃度數(shù)據(jù)后，會(huì)將此數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)模塊進(jìn)行處理，處理時(shí)對(duì)單片機(jī)的處理性能有較高的要求，需要單片機(jī)有較高的處理速度[2]，能夠及時(shí)獲取從MQ-5傳感器氣體檢測(cè)傳感器部分傳來(lái)的數(shù)據(jù)信息。其次，單片機(jī)需要將處理的信息傳送給顯示模塊進(jìn)行顯示，讓人們能夠清楚的看到此環(huán)境中的氣體濃度，達(dá)到很好的人機(jī)交互效果，方便屋主做好下一步計(jì)劃和處理，MQ-5傳感器氣體檢測(cè)傳感器模塊、顯示模塊和報(bào)警器等模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

2.2 燃?xì)鈾z測(cè)電路的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)可燃性氣體檢測(cè)電路時(shí)，由于需要將模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，所以需要將MQ-5芯片電路模塊和ADC0809芯片模塊進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)。當(dāng)MQ-5傳感器檢測(cè)到氣體的濃度信息后[3]，會(huì)將此模擬數(shù)據(jù)傳給ADC0809模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，ADC0809處理后的數(shù)據(jù)才能交給單片機(jī)進(jìn)行處理。

2.3 聲光報(bào)警提示電路

在實(shí)現(xiàn)基本功能之外還需增加一個(gè)功能模塊，當(dāng)濃度值超過(guò)某一個(gè)閾值時(shí)，系統(tǒng)就能夠發(fā)出警報(bào)信號(hào)，告知屋主應(yīng)該進(jìn)行下一步適當(dāng)?shù)奶幚?。因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中還加入了一個(gè)報(bào)警模塊，使用的核心器件為蜂鳴器和LED。讓蜂鳴器和LED實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，操作十分簡(jiǎn)單。在設(shè)計(jì)電路時(shí)需要注意的一個(gè)問題是，由于蜂鳴器正常工作的電流一般不超過(guò)30毫安，但是相較于單片機(jī)系統(tǒng)而言其正常工作的電流要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于這個(gè)值，且單片機(jī)本身無(wú)法提供30毫安的電流電路，因此為了解決這個(gè)問題，一般需要在報(bào)警模塊中設(shè)計(jì)一個(gè)上拉電阻實(shí)現(xiàn)電流的降級(jí)，或者通過(guò)設(shè)計(jì)合理的放大電路，將單片機(jī)的小電流放大到能夠讓蜂鳴器正常工作的電流。

結(jié)語(yǔ)

燃?xì)庑孤z測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的核心部分是單片機(jī)、氣體檢測(cè)模塊報(bào)警和報(bào)警的電路連接設(shè)計(jì)，檢測(cè)報(bào)警裝置設(shè)計(jì)的過(guò)程中融合了多學(xué)科知識(shí)，包括自動(dòng)控制技術(shù)、硬件布線技術(shù)等，通過(guò)在電器設(shè)備上安裝傳感器使電器設(shè)備統(tǒng)一連接于單片機(jī)中，達(dá)到自動(dòng)控制傳感器工作的目的，減少了人力資源的消耗，同時(shí)節(jié)約了資源，操作簡(jiǎn)單。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊振江杜鐵軍李群《流行單片機(jī)實(shí)用子程序及應(yīng)用實(shí)例》西安電子科技大學(xué)出版社2002.7

[2]陳玫玫《可燃性氣體檢測(cè)報(bào)警器的研制》2007

[3]郝光健《基于LabVIEW和單片機(jī)的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)》2014

（作者單位：1.西北農(nóng)林科技大學(xué);2.天津工業(yè)大學(xué);3.中移鐵通有限公司福州分公司;4.惠州工程職業(yè)學(xué)院;5.杭州電子科技大學(xué)）