基于GSM的家用煤氣智能監控系統

衡陽師范學院 鄭 哲 許岳兵 姜 潔 鄒 敏

1.引言

近年來，隨著經濟的迅速發展和人們生活水平的提高，燃氣行業發展迅猛，液化氣、天然氣、焦爐煤氣等城市燃氣作為清潔能源已在國家機關、餐飲業等得到廣泛應用。然而煤氣泄漏所引發的爆炸、中毒和火災事故卻不斷發生，為了減少并杜絕因煤氣泄漏而發生的事故，國內外市場上出現了大量的煤氣報警器，但傳統報警器報警方式單一、沒有安全的煤氣泄露防范措施，且價格昂貴、測量精度低、穩定性差，不能對煤氣進行定量和多區域的監測。本項目旨在設計一款靈敏度高、性能可靠、操作簡單家用煤氣智能監控系統，能通過聲光、給業主撥打電話、發送短信等多種方式報警，大大提高了報警率。此外，該項目還具有多點檢測功能和安全的防煤氣泄漏措施，為人們的安全生活提供了保障。

2.系統組成及工作原理

系統組成如圖一所示。它由MQ-9一氧化碳傳感器檢測電路、運放電路、ADC0809構成的A/D轉換電路、STC89C52單片機控制電路、繼電器控制電路、GSM模塊、單線數字溫度傳感器DS18B20檢測電路和聲光報警電路等組成（如圖一所示）。

圖一 系統組成框圖

圖二 煤氣檢測電路

圖三 GSM報警模塊

圖四 聲光報警電路

圖五 主程序流程圖

系統通過MQ-9一氧化碳傳感器采集現場的一氧化碳濃度信息并將其轉化為電壓信號，此電壓信號經過放大、A/D模數轉換后，由STC89C52單片微處理器進行數據處理即可獲取一氧化碳氣體的濃度值并在1602液晶顯示屏上顯示。當一氧化碳氣體的濃度達到警戒值時，系統將起動通風換氣設備進行排氣，并通過電磁閥門將氣體管道關閉，同時進行聲光報警，由GSM模塊在一秒鐘之內向業主發送報警短信并撥打預先設計好的報警電話。當一氧化碳濃度降低到安全點時，關閉通風換氣設備，停止報警，達到安全保護的目的。

3.系統硬件設計

3.1 STC89C52單片機

考慮到系統的程序空間和運算空間較寬，CPU采用STC公司生產的STC89C52單片機。該單片機工作速度快，功耗低，帶有8kB程序存儲空間和32個IO口，能夠滿足系統要求。系統中單片機端口ALE經分頻后為ADC0809提供時鐘，P1口作為采樣數據接收端口，P0口用作顯示數據通信端口。整個系統充分利用了STC89C52的內部資源，極大的發揮了單片機控制功能。

3.2 煤氣檢測電路

煤氣檢測電路如圖二所示。電路中MQ-9為一氧化碳傳感器，具有高靈敏度、使用壽命長和穩定性可靠等優點，廣泛應用于家庭、環境的一氧化碳探測裝置中。MQ-9氣敏元件由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感層、測量電極和加熱器構成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。傳感器的表面電阻Rs，是通過與其串聯的負載電阻RL上的有效電壓信號VRL輸出而獲得的。二者之間的關系為：Rs/RL=(Vc-VRL)/VRL外界一氧化碳濃度大小可通過有效電壓信號VRL體現出來。電壓信號經儀表放大器AD620進行放大及信號調理送到ADC0809的模擬量輸入端，然后由單片機采集并儲存數字信號。

3.3 繼電器控制電路

該電路由繼電器、排氣扇、電磁閥等組成。當泄漏氣體濃度達到警戒值時，通過軟件將控制繼電器，從而使排氣扇工作，進行換氣，電磁閥電路接通，將煤氣管道關閉。當氣體濃度下降安全值時，關閉排氣扇和電磁閥電路，排氣扇停止工作。

3.4 GSM報警模塊

本項目采用TC35i模塊實現短信收發。TC35i模塊是西門子公司為適應各個領域對無線數據傳輸業務的需求而開發的GSM模塊，它設計小巧、功耗很低，主要由GSM基帶處理器、GSM射頻部分、電源、閃存(Flash)4部分組成。

GSM基帶處理器是整個模塊的核心，它控制著模塊內各種信號的傳輸、轉換、放大等處理過程。GSM射頻部分是一個單片收發器，它完成對射頻信號的接收和發送等處理。Flash用來存儲一些用戶配置信息、電話本和其他信息。

本系統使用的TC35i模塊，符合RS232接口標準，有固定的參數：8位數據位和1位停止位，無校驗位，波特率在300bps～115kbps之間可選。單片機通過串口向GSM模塊發送AT指令，使TC35i模塊處于語音、數據、短消息模式，從而達到報警目的，圖三即為GSM報警模塊。

3.5 報警電路

聲光報警電路如圖四所示。主要由P3.2，P3.3，P3.4來控制。正常工作時，系統顯示綠燈，由P3.2控制；當環境CO的濃度對人體有危害時，顯示紅燈，由P3.3控制；當濃度很高時，由P3.4啟動聲音報警。

4.系統軟件設計

軟件設計使用C語言進行編程，開發效率高，可極大地縮短開發時間，增加程序可讀性和維護性。軟件平臺設計的設計與實現，包括信號采集模塊、開關控制程序、報警程序。程序流程圖如圖五所示。

初始化時，系統對AD采樣、LCD1602顯示、DS18B20、中斷進行初始化，初始化完畢后延時五秒中，等待煤氣探頭進入正常工作狀態。然后AD開始正常采樣，同時單片機對采樣數據進行保存并處理，若處理得到的煤氣濃度不高于預設的警戒濃度，則單片機不斷的對AD采樣值進行檢測。否則，單片機進入報警程序，控制LED及蜂鳴器發出聲光報警，然后通過串口發送AT指令，TC35i發出短息報警。此時若有外部按鍵復位或上電復位，則系統重新進入初始化。

5.結束語

本項目為基于TC35i家用煤氣智能監控器，除了繼承以往煤氣報警器的優點外，還具有低功耗、性價比高、穩定性高、靈敏度高以及報警率高等優點。硬件設計上結構簡單，體積較小；軟件上編程簡單，開發時間短；報警方式多樣，當一氧化碳氣體濃度達到警戒值時，能通過聲光、給業主撥打電話、發送短信等方式報警，大大提高了報警率。同時可通過繼電器控制排氣扇、電磁閥電路，有效防止煤氣的泄漏，為人們的生活安全提供了保障，非常適用于家用煤氣監測。

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