摘?要：本設(shè)計(jì)主要針對(duì)家用轎車(chē)設(shè)計(jì)了一款基于STM32F103C8T6單片機(jī)的一氧化碳檢測(cè)儀，通過(guò)MQ-7一氧化碳傳感器能夠檢測(cè)車(chē)內(nèi)一氧化碳濃度，并將其通過(guò)OLED屏幕顯示出來(lái)，若一氧化碳濃度超出設(shè)定的危險(xiǎn)閾值，檢測(cè)儀啟動(dòng)聲光兩重報(bào)警，提示車(chē)主及時(shí)做出應(yīng)對(duì)措施。該檢測(cè)儀電路簡(jiǎn)單，而且體積小、成本低、使用方便，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);聲光報(bào)警;MQ-7一氧化碳傳感器

一氧化碳（Carbon?Monoxide）是無(wú)色、無(wú)味、無(wú)刺激性的氣體，人體在短時(shí)間內(nèi)吸收較高濃度的CO時(shí)會(huì)造成急性中毒，甚至死亡[1]。由于發(fā)生一氧化碳中毒事件的隱蔽性和普遍性，迫切需要一種監(jiān)控室內(nèi)一氧化碳濃度的檢測(cè)儀，當(dāng)一氧化碳濃度過(guò)高時(shí)及時(shí)報(bào)警，保護(hù)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全[2]。尤其是在密閉環(huán)境中，比如汽車(chē)，由于天氣較熱，大部分車(chē)主選擇關(guān)閉車(chē)窗開(kāi)啟空調(diào)，造成空氣不流通，導(dǎo)致一氧化碳事故時(shí)有發(fā)生。因此，做好對(duì)一氧化碳的監(jiān)測(cè)，能極大減少事故的發(fā)生?；诖四康?，我們?cè)O(shè)計(jì)一款簡(jiǎn)單實(shí)用、價(jià)格實(shí)惠的便攜式一氧化碳檢測(cè)系統(tǒng)。

一、系統(tǒng)硬件概述

一氧化碳檢測(cè)系統(tǒng)以STM32F103C8T6單片機(jī)作為主控芯片，結(jié)合一氧化碳濃度采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、聲光報(bào)警模塊等模塊。一氧化碳濃度采集模塊用于采集環(huán)境中的一氧化碳濃度，A/D轉(zhuǎn)換模塊將采集到的一氧化碳濃度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能處理的數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)將收集的信號(hào)進(jìn)行處理，然后通過(guò)OLED屏幕顯示檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，并判斷收集到的數(shù)據(jù)是否超過(guò)系統(tǒng)設(shè)定的閾值，若超出設(shè)定值，則能通過(guò)蜂鳴器發(fā)出的鳴叫聲提醒用戶(hù)。其整體框圖如圖1所示。

圖1?系統(tǒng)框圖

STM32F103C8T6單片機(jī)是意法半導(dǎo)體較早推向市場(chǎng)的基于Cortex-M內(nèi)核的微處理器系列產(chǎn)品，這是一款功能強(qiáng)大的單片機(jī)，相較于C51單片機(jī)在性能方面更有優(yōu)勢(shì)，而且新系列產(chǎn)品整合先進(jìn)的面向連接的外設(shè)，使開(kāi)發(fā)人員可以在設(shè)備上整合更多的功能。

一氧化碳濃度采集模塊則采用了MQ-7氣體傳感器，屬于半導(dǎo)體電阻式傳感器，它所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫，當(dāng)所處的環(huán)境中存在目標(biāo)氣體時(shí)，傳感器的電導(dǎo)隨空氣中目標(biāo)氣體濃度的增大而增大，可將電導(dǎo)的變化量轉(zhuǎn)換為與之對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)[3]。采用高低溫循環(huán)檢測(cè)方式，低溫（1.5V加熱）檢測(cè)一氧化碳，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中一氧化碳?xì)怏w濃度增加而增加，高溫（5.0V加熱）清晰低溫時(shí)吸附的雜散氣體。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化，轉(zhuǎn)化為與一氧化碳濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。盡管MQ-7氣體傳感器探測(cè)的范圍不是很廣泛，但對(duì)于一氧化碳濃度靈敏度卻很高。

顯示模塊則采用了OLED（Organic?Light-Emitting?Diode，有機(jī)發(fā)光二極管）。OLED被稱(chēng)為第三代顯示技術(shù)，不僅更輕薄、能耗低、亮度高、發(fā)光率高，并且可以做到彎曲。與傳統(tǒng)的LCD顯示方式不同，無(wú)需背光燈，采用非常薄的有機(jī)材料涂層和玻璃基板，當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，這些有機(jī)材料就會(huì)發(fā)光。

報(bào)警模塊包含聲、光雙重報(bào)警兩部分。光報(bào)警部分采用LED（Light?Emitting?Diode，發(fā)光二極管）。LED是一種常用的發(fā)光元器件，在電路中及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。在現(xiàn)代社會(huì)，應(yīng)用很廣泛，如平板顯示、交通信號(hào)燈、醫(yī)療等。聲音報(bào)警部分則采用的傳統(tǒng)的蜂鳴器。常見(jiàn)的蜂鳴器有無(wú)源蜂鳴器和有源蜂鳴器。本模塊采用的是價(jià)格較便宜的無(wú)源蜂鳴器。蜂鳴器的電路工作原理圖如圖2所示。

圖2?蜂鳴器原理圖

蜂鳴器報(bào)警模塊為高電平驅(qū)動(dòng)，通過(guò)I/O口來(lái)驅(qū)動(dòng)該模塊，當(dāng)P口接收的信號(hào)為高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器有電流，蜂鳴器便會(huì)發(fā)出聲音，Vcc的電壓值不要超過(guò)蜂鳴器的極限，否則電路不能正常工作。當(dāng)P口接收的信號(hào)為低電平時(shí)，三極管截止，蜂鳴器無(wú)電流，蜂鳴器不發(fā)出聲音。

二、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

主程序的流程圖如下圖圖3所示。需要實(shí)現(xiàn)的功能有：（1）經(jīng)單片機(jī)處理后的信號(hào)轉(zhuǎn)成需要顯示的數(shù)據(jù)并將在OLED屏幕上顯示出來(lái)。（2）MQ-7一氧化碳傳感器的故障檢測(cè)，如果是傳感器發(fā)生故障，則在此時(shí)綠燈熄滅，黃燈閃亮，提醒車(chē)主該系統(tǒng)有傳感器發(fā)生故障，不能正常工作，需要檢修或進(jìn)行更換。（3）當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，若車(chē)內(nèi)一氧化碳濃度正常時(shí)，LED綠燈亮起;若車(chē)內(nèi)一氧化碳的濃度超出閾值，警示燈LED紅燈亮起，同時(shí)啟動(dòng)蜂鳴器，提醒車(chē)主盡快做出相應(yīng)的防范措施。

圖3?主程序流程圖

檢測(cè)部分程序如下：

if（co>50）

{LED1_OFF;

LED3_ON;}//一氧化碳濃度超過(guò)50時(shí)，綠燈滅，紅燈亮，蜂鳴器響起

else?if（co<50&&cnt<18&&temp<30）

{LED1_ON;

LED2_OFF;

LED3_OFF;}?//正常情況下綠燈亮。

三、電路測(cè)試

（一）硬件測(cè)試

（1）MQ-7一氧化碳傳感器測(cè)試。傳感器先預(yù)熱20秒左右，然后接近含較高濃度一氧化碳被測(cè)氣體，燈亮;將傳感器遠(yuǎn)離被測(cè)氣體，燈滅，說(shuō)明傳感器能正常工作。在實(shí)際的操作中，需要指示燈來(lái)顯示其處于連接的狀態(tài)，因此，當(dāng)電路接通的時(shí)候，傳感器的指示燈是常亮狀態(tài)的。通過(guò)測(cè)試，本模塊能正常工作。

（2）蜂鳴器的測(cè)試。在本系統(tǒng)中，蜂鳴器要求在車(chē)內(nèi)一氧化碳濃度超過(guò)設(shè)定值時(shí)能及時(shí)的報(bào)警。在調(diào)試的過(guò)程中，拿打火機(jī)靠近一氧化碳傳感器時(shí)，當(dāng)一氧化碳的濃度超過(guò)閾值時(shí)，蜂鳴器發(fā)出聲音提醒，所以，本模塊調(diào)試成功。

（3）OLED顯示屏測(cè)試。要使OLED上面能顯示出傳感器檢測(cè)到的各類(lèi)數(shù)據(jù)，必須要經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換之后才傳輸?shù)絆LED模塊進(jìn)行顯示，在整個(gè)過(guò)程中需要軟件調(diào)試來(lái)輔助進(jìn)行。通過(guò)調(diào)試最終順利將所需的信息顯示在OLED顯示屏上。圖4即為OLED正常工作時(shí)的顯示屏幕內(nèi)容。

圖4?OLED顯示屏測(cè)試

（二）系統(tǒng)軟件測(cè)試

系統(tǒng)軟件測(cè)試是通過(guò)軟件開(kāi)發(fā)工具來(lái)將編寫(xiě)好的代碼運(yùn)行測(cè)試。在本系統(tǒng)軟件，使用的是Keil5軟件編寫(xiě)，程序語(yǔ)言為C語(yǔ)言。打開(kāi)Keil5軟件，創(chuàng)建新的工程項(xiàng)目，選擇好對(duì)應(yīng)的單片機(jī)型號(hào)，在相應(yīng)的界面下開(kāi)始著手程序的編寫(xiě)，通過(guò)keil5的運(yùn)行功能可以檢查出程序是否存在語(yǔ)序或邏輯的錯(cuò)誤，根據(jù)運(yùn)行后的提示進(jìn)行修改，完善程序代碼。

當(dāng)程序編譯通過(guò)后，可使用軟件生成hex文件，并通過(guò)ISP下載方法將其下載到芯片中，至此程序部分測(cè)試完成一半。再通過(guò)硬件的各功能模塊測(cè)試系統(tǒng)的功能指標(biāo)是否達(dá)到。在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，遇到的往往都是一些細(xì)微的差別，如要求led綠燈亮，但硬件模塊展現(xiàn)的卻是黃燈在閃，這明顯是功能搞反了，一開(kāi)始認(rèn)為是兩個(gè)燈的引腳接錯(cuò)了，但在換了之后卻還是沒(méi)有改變情況，排查了許久，最終還是在代碼那里發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題。代碼的邏輯沒(méi)問(wèn)題，也能正常的運(yùn)行，但卻將燈閃與滅對(duì)換了。

四、結(jié)語(yǔ)

轎車(chē)已經(jīng)進(jìn)入千家萬(wàn)戶(hù)，但每年由一氧化碳中毒引發(fā)的事故時(shí)有發(fā)生，本文所設(shè)計(jì)的一氧化碳檢測(cè)儀，電路簡(jiǎn)單，成本低廉，能夠準(zhǔn)確檢測(cè)密閉車(chē)內(nèi)的一氧化碳濃度，并能夠發(fā)出聲光兩重報(bào)警以提醒車(chē)主，除了可用于車(chē)內(nèi)，還可以廣泛應(yīng)用于其他可能產(chǎn)生一氧化碳的密閉空間，實(shí)用價(jià)值較高。

參考文獻(xiàn)：

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[3]郭全民，馬旋坤，王健.室內(nèi)空氣質(zhì)量測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2015，34（1）：52-55.

作者簡(jiǎn)介：曹燦云（1981-），女，湖南衡陽(yáng)人，碩士研究生，講師，廣東石油化工學(xué)院電子信息工程學(xué)院，主要從事電工與電子技術(shù)教學(xué)與研究。