家用CO濃度檢測報警系統設計

吳宇　余建國

摘要：設計的家用報警系統用于檢測燃氣不完全燃燒產生危害人體的CO，可以將報警信息通過無線通信技術發送至遠程監控主機。使用主控芯片為PIC16F887，CO檢測傳感器MQ-7，無線通信模塊NRF24L01。

關鍵詞：CO檢測煙霧檢測

中圖分類號：X93 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）08（b）-0031-01

現代家庭中天然氣的普及越來越廣，其安全性也愈加重要。設計出可靠性高實時性好的CO報警器保障了人們的正常生活。本設計能夠檢測燃氣不完全燃燒發出的CO，當濃度超過100ppm時將報警信號發送給監控主機。

1系統設計

系統采用一主機多從機方式監控多地點的安全情況，主從之間采用無線通信方式交換信息。設計使用PIC16F887作為主控芯片，MQ-7傳感器檢測CO，發出聲光報警信號，智能啟動排氣扇，并將報警信號通過NRF24L01轉換成無線信號傳送給遠程監控主機。

2硬件設計

檢測CO模塊采用氣敏傳感器MQ-7，制作原理是氣敏電阻在檢測時阻值隨氣體濃度的增大而減小。SnO2作為氣敏材料，在200～300℃溫度吸附空氣中的氧，形成氧的負離子吸附，使半導體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加。當遇到有能供給電子的可燃氣體（如CO等）時，原來吸附的氧脫附，而由可燃氣體以正離子狀態吸附在金屬氧化物半導體表面；氧脫附放出電子，可燃性氣體以正離子狀態吸附也要放出電子，從而使氧化物半導體導帶電子密度增加，電阻值下降。可燃性氣體不存在了，金屬氧化物半導體又會自動恢復氧的負離子吸附，使電阻值升高到初始狀態。MQ-7的電壓引腳為5V，輸出引腳為AOUT與DOUT，當CO濃度升高時DOUT由高電平跳變為低電平，LED燈點亮，同時AOUT輸出與CO濃度成比例的電壓，可連接至PIC的A/D引腳轉換成數字信號。PIC檢測到過高濃度CO時，啟動蜂鳴器報警，同時打開排風電機，并且將CO濃度數據以及地址編號通過無線射頻模塊發送到上位機，實現遠程報警。

為實現節能，CO濃度低時PIC16F887處于低功耗模式，將PIC16F887的RA0引腳設置成超低功耗喚醒模式，連接到MQ-7的DOUT引腳，由該引腳電平跳變喚醒PIC芯片。PIC引腳RA1/AN1可設置為模擬輸入用于采集MQ-7引腳AOUT電壓，轉換為10位二進制數據存放在ADRESL與ADRESH兩個寄存器中。

為實現報警，將PIC16F887的CCP模塊輸出引腳RC2/CCP1設置成PWM輸出模式，與蜂鳴器的三極管開關連接，報警時該引腳輸出1kHz占空比為50%的脈寬調制波，使蜂鳴器報警。將RB1引腳連接繼電器驅動引腳，報警時RB1拉為高電平開通繼電器，打開排氣扇降低CO濃度。

使用NRF24L01作為無線收發模塊，工作于2.4～2.5GHz通用ISM頻段，電路簡單，程序不需要復雜編碼解碼。PIC16F887與無線模塊芯片有六個控制數據接口連接分別是：CSN、SCK、MISO、MOSI、IRQ、CE。RC5/SDO、RC4/SDI、RC3/SCK分別是PIC的SPI通信模塊的數據輸出引腳、數據輸入引腳、SPI時鐘引腳。RB0則可設置為電平變化中斷引腳以接收無線芯片引腳IRQ的中斷信號。

3軟件設計

在硬件設計基礎上，完成PIC16F887的軟件編寫。軟件分為初始化程序、中斷檢測CO程序、蜂鳴器報警程序、開啟排風扇程序以及無線發送數據程序。程序與硬件都采用模塊化思想，易于編程修改與升級。初始化程序完成芯片振蕩時鐘設置、看門狗設置等必要初始化之后執行sleep指令進入休眠狀態。當CO濃度高于設定值，RA0引腳被拉低，引發中斷，執行中斷程序讀取RA1上的電壓值，檢測CO濃度。驅動蜂鳴器報警，打開繼電器開啟排風扇。再將CO濃度數據與本機地址發送至主站無線接收模塊（如圖1）。

檢測模塊的無線發送芯片平時處于掉電模式，以節約電能，工作時則進入增強型shockburst模式，發射模式使能自動應答，配置自動重發次數，選擇通信頻率，配置發射參數，選擇通道1發送及發送有效數據位寬度，設置通道0為接收模式接收自動應答信號，其接收地址與接收端地址一致。把接收端地址與要發送數據按時序寫入NRF24L04，配置CONFIG寄存器，進入發射狀態，將CE引腳拉高（至少10us）啟動發射，之后自動轉入接收應答信號狀態。

主站接收模塊設置為接收狀態，接受到報警信號后，把報警地址通過RS-232送至上位機，上位機可以通過網絡實現遠程報警。

4結語

本文設計的CO濃度遠程報警系統硬件結構簡單，具有較強實用價值，添加模塊還可以實現更多檢測控制功能。

參考文獻

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