薛云飛　徐凱　黃智偉　劉華健　李少帥　余久久

摘要：設(shè)計一個簡易的、基于單片機的智能家居煤氣報警器。以單片機AT89C52作為報警器的主控制器，控制系統(tǒng)電路。以周圍氣體和溫度傳感器為輔，實現(xiàn)對泄露氣體和溫度的檢測。報警器的設(shè)計采用了模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，通過數(shù)碼管晶體顯示器可顯示氣體濃度及室內(nèi)溫度，并且采用移動無線通信技術(shù)能將數(shù)據(jù)實時傳送到手機客戶端，從而起到報警功能。

關(guān)鍵詞：煤氣報警;單片機AT89C52;數(shù)碼管晶體顯示器;無線通信技術(shù)

中圖分類號：TP311? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼： A

文章編號：1009-3044（2021）06-0236-02

Abstract：Design of a simple smart home gas alarm based on Single Chip Micyoco （SCM） of AT89C52 as the alarm control system circuit. The detection of leakage gas and temperature is realized by surrounding gas and temperature sensor. The design of alarm adopts the analog-to-digital conversion circuit， which can display the gas concentration and indoor temperature through the digital transistor display， and adopts the mobile wireless communication technology to transmit the data to the mobile phone customer service terminal in real time， thus playing the alarm function.

Key words：gas alarm; SCM of AT89C52; digital tube crystal display; wireless communication technology

1 引言

隨著人們經(jīng)濟生活和科技水平的提升，現(xiàn)在城鎮(zhèn)居民大都住上了高樓大廈，人們的安全問題也越來越受到人們的重視。但是，在多數(shù)農(nóng)村以及一些城市周邊地區(qū)，用戶日常生活使用管道氣體（如煤氣、天然氣）、罐裝液化氣等還是非常常見。可燃性氣體給我們帶來的方便不言而喻，但它們對人體的危害也是顯而易見的，為了人們生命安全，防止因燃氣泄漏導(dǎo)致濃度過高而引起的煤氣中毒和爆炸事件，為人們提供安全保障，減少不必要的財產(chǎn)損失煤氣泄漏報警器的存在是非常重要的。本文設(shè)計一個結(jié)構(gòu)簡易、使用輕便的基于手機客戶端智能家居煤氣報警器，能夠?qū)χ車鷼怏w的溫度及濃度方面進行的檢測，并提供聲音預(yù)警，以保障居民生活安全。

2 總體功能設(shè)計

2.1 報警器主要功能介紹

1）氣體檢測：氣體檢測主要將燃氣泄漏狀態(tài)轉(zhuǎn)化為高低電流信號，單片機接收信號，操控改變報警器的工作狀態(tài)。

2）溫度顯示：運用溫度傳感器，從單片機I/O接入，在數(shù)碼管上顯示該狀態(tài)下的溫度值。

3）信息傳送：要求報警器設(shè)計的性能可靠，經(jīng)濟合理。當(dāng)出現(xiàn)周邊氣體（如煤氣、天然氣、液化氣等）泄漏時，報警器能及時報警，將報警器的信息傳送到用戶手機的客戶端。

2.2 設(shè)計方案

該方案包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。整體是對溫度傳感器，氣體傳感器構(gòu)成前端檢測模塊，經(jīng)信號處理電路后將檢測的信號傳送給單片機AT89C52主控制器進行比較判斷，當(dāng)溫度或氣體濃度超過設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值時報警，及時將信息反饋給手機客戶端[2]。報警器的總體設(shè)計方案如圖1所示。

3 主要硬件設(shè)計

本報警器的硬件設(shè)計主要基于單片機設(shè)計方案，采用具有低電壓，高性能COMS 8位AT89C52單片機片，里面有8KB的可反復(fù)修改的程序存儲器M，擁有高密度、不易丟失性存儲技術(shù)，適合MCS-51的指令系統(tǒng)，內(nèi)置8位通用中央處理器CPU和 Flash 存儲單元[1]。以下對報警器的主要硬件模塊做簡要設(shè)計介紹。

3.1 MQ-2氣體傳感器感應(yīng)模塊

當(dāng)信號的數(shù)值符合A/D轉(zhuǎn)換器的輸入等級時，可以不用放大器放大;當(dāng)信號的數(shù)值不符合A/D轉(zhuǎn)換器的輸入等級時，就需要放大器放大。所以MQ-2氣體傳感器要想把采集到的氣體濃度模擬信號傳送給單片機控制器就必須經(jīng)過將模擬信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為可以識別的電信號給單片機。

3.2 DS18B20 溫度傳感器感應(yīng)模塊

DS18B20 溫度傳感器感應(yīng)模塊的設(shè)計以AT89C52 單片機作為控制核心，高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的EEPRAM。后者用于存儲TH，TL值。數(shù)據(jù)先寫入RAM，經(jīng)校驗后再傳給EEPRAM。智能溫度傳感器DS18B20為控制對象，用數(shù)碼轉(zhuǎn)換以實現(xiàn)。

3.3 A/D轉(zhuǎn)換模塊

ADC0832為8位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，分辨率高達256級，一般的模擬量的轉(zhuǎn)變均適合，參考電壓與內(nèi)部電源的復(fù)用，芯片電壓輸出在0-5V之間，只需32μs的轉(zhuǎn)換時間。數(shù)據(jù)檢驗通過雙數(shù)據(jù)輸出，縮減了誤差，穩(wěn)定性強，而且速度快，控制更加方便，通過DI數(shù)據(jù)輸入端解決通道功能的選擇。

3.4 按鍵控制模塊

本部分采用三個按鍵，分別是設(shè)置確定鍵、加鍵、減鍵，接入單片機的P3口，引腳分別為15腳、16腳、17腳。因此可以設(shè)置報警濃度的上限值。

3.5 蜂鳴器報警模塊

蜂鳴器通過三極管基極串聯(lián)一個1k的電阻與單片機P2.0端口相連接，從而可以達到控制蜂鳴器報警的效果。

3.6 數(shù)碼管顯示模塊

顯示模塊四位共LED數(shù)碼管構(gòu)成。內(nèi)部的4個數(shù)碼管公用a～dp8根數(shù)據(jù)線，因為里面有 4個數(shù)碼管，所以它有4個公共端，a～dp12個引腳。a～dp8根數(shù)據(jù)線串聯(lián)上拉電阻后正好接到單片機P0口，公共端接三極管實現(xiàn)動態(tài)掃描，將單片機處理好的信號輸出顯示到數(shù)碼管屏幕上。

3.7 時鐘電路模塊

時鐘電路相當(dāng)于一個振蕩器，提供一個節(jié)拍給單片機，單片機根據(jù)節(jié)拍進行各種操作。單片機中 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出，本設(shè)計中選用的是石英晶振匹配電容，接入單片機的XTAL1和XTAL2共2個引腳，構(gòu)成時鐘電路的輸入[3]。

3.8 無線通信模塊

無線通信主要采用TC35模塊來設(shè)計，通過串口接入電路與單片機控制模塊相連，主要采用GSM（全球移動通信系統(tǒng)）的短信功能，采用單片機控制GSM發(fā)送GSM短信的方式，實現(xiàn)遠距離報警的功能。主要負責(zé)實現(xiàn)遠距離報警的功能。通過設(shè)置以下AT指令，GSM模塊可以發(fā)送短消息等[4]。

4 系統(tǒng)調(diào)試

本報警器的系統(tǒng)調(diào)試流程如圖2所示。

5 結(jié)束語

本文簡單介紹了一個簡易的、基于單片機的智能家居煤氣報警器的設(shè)計過程，可以用于模擬家庭氣體泄漏報警（預(yù)警）功能。本次設(shè)計是基于一個比較簡單的單片機設(shè)計方案，實現(xiàn)煤氣泄漏報警功能。今后在該報警器的基礎(chǔ)上將針對性地進行各類氣體及濃度試驗，當(dāng)系統(tǒng)檢測到空氣中的濃度超過我們手動設(shè)置的上限值時，單片機就會控制蜂鳴器報警發(fā)出尖銳的響聲，并且控制數(shù)碼管閃爍報警，從而保障人們居家生活安全。

參考文獻：

[1] 李群芳.肖看，關(guān)新，等.單片機微型計算機與接口技術(shù)[M].5版.北京：電子工業(yè)出版社，2015.

[2] 劉明，陳建雪，王凱躍，等.基于GSM的智能家居環(huán)境監(jiān)測報警系統(tǒng)設(shè)計[J].黑龍江科技信息，2016（34）：55.

[3] 梅麗鳳.單片機原理及接口技術(shù)[M].4版.北京：清華大學(xué)出版社，2018.

[4] 陳寧波，馮彩虹，蔡凌云，等.基于GSM短消息的家庭防盜報警系統(tǒng)設(shè)計[J].河北工業(yè)科技，2013（2）：104-108.

【用稿通知：梁書】