基于GSM的家用煤氣智能監(jiān)控系統(tǒng)

衡陽師范學(xué)院 鄭 哲 許岳兵 姜 潔 鄒 敏

1.引言

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人們生活水平的提高，燃?xì)庑袠I(yè)發(fā)展迅猛，液化氣、天然氣、焦?fàn)t煤氣等城市燃?xì)庾鳛榍鍧嵞茉匆言趪覚C(jī)關(guān)、餐飲業(yè)等得到廣泛應(yīng)用。然而煤氣泄漏所引發(fā)的爆炸、中毒和火災(zāi)事故卻不斷發(fā)生，為了減少并杜絕因煤氣泄漏而發(fā)生的事故，國內(nèi)外市場上出現(xiàn)了大量的煤氣報警器，但傳統(tǒng)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(wěn)定性差，不能對煤氣進(jìn)行定量和多區(qū)域的監(jiān)測。本項目旨在設(shè)計一款靈敏度高、性能可靠、操作簡單家用煤氣智能監(jiān)控系統(tǒng)，能通過聲光、給業(yè)主撥打電話、發(fā)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(tǒng)組成及工作原理

系統(tǒng)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(gòu)成的A/D轉(zhuǎn)換電路、STC89C52單片機(jī)控制電路、繼電器控制電路、GSM模塊、單線數(shù)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(tǒng)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(tǒng)通過MQ-9一氧化碳傳感器采集現(xiàn)場的一氧化碳濃度信息并將其轉(zhuǎn)化為電壓信號，此電壓信號經(jīng)過放大、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換后，由STC89C52單片微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理即可獲取一氧化碳?xì)怏w的濃度值并在1602液晶顯示屏上顯示。當(dāng)一氧化碳?xì)怏w的濃度達(dá)到警戒值時，系統(tǒng)將起動通風(fēng)換氣設(shè)備進(jìn)行排氣，并通過電磁閥門將氣體管道關(guān)閉，同時進(jìn)行聲光報警，由GSM模塊在一秒鐘之內(nèi)向業(yè)主發(fā)送報警短信并撥打預(yù)先設(shè)計好的報警電話。當(dāng)一氧化碳濃度降低到安全點時，關(guān)閉通風(fēng)換氣設(shè)備，停止報警，達(dá)到安全保護(hù)的目的。

3.系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 STC89C52單片機(jī)

考慮到系統(tǒng)的程序空間和運算空間較寬，CPU采用STC公司生產(chǎn)的STC89C52單片機(jī)。該單片機(jī)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(tǒng)要求。系統(tǒng)中單片機(jī)端口ALE經(jīng)分頻后為ADC0809提供時鐘，P1口作為采樣數(shù)據(jù)接收端口，P0口用作顯示數(shù)據(jù)通信端口。整個系統(tǒng)充分利用了STC89C52的內(nèi)部資源，極大的發(fā)揮了單片機(jī)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(wěn)定性可靠等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于家庭、環(huán)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(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，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(lián)的負(fù)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(guān)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(xiàn)出來。電壓信號經(jīng)儀表放大器AD620進(jìn)行放大及信號調(diào)理送到ADC0809的模擬量輸入端，然后由單片機(jī)采集并儲存數(shù)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(dāng)泄漏氣體濃度達(dá)到警戒值時，通過軟件將控制繼電器，從而使排氣扇工作，進(jìn)行換氣，電磁閥電路接通，將煤氣管道關(guān)閉。當(dāng)氣體濃度下降安全值時，關(guān)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(xiàn)短信收發(fā)。TC35i模塊是西門子公司為適應(yīng)各個領(lǐng)域?qū)o線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的需求而開發(fā)的GSM模塊，它設(shè)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(nèi)各種信號的傳輸、轉(zhuǎn)換、放大等處理過程。GSM射頻部分是一個單片收發(fā)器，它完成對射頻信號的接收和發(fā)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(tǒng)使用的TC35i模塊，符合RS232接口標(biāo)準(zhǔn)，有固定的參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無校驗位，波特率在300bps～115kbps之間可選。單片機(jī)通過串口向GSM模塊發(fā)送AT指令，使TC35i模塊處于語音、數(shù)據(jù)、短消息模式，從而達(dá)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(tǒng)顯示綠燈，由P3.2控制；當(dāng)環(huán)境CO的濃度對人體有危害時，顯示紅燈，由P3.3控制；當(dāng)濃度很高時，由P3.4啟動聲音報警。

4.系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件設(shè)計使用C語言進(jìn)行編程，開發(fā)效率高，可極大地縮短開發(fā)時間，增加程序可讀性和維護(hù)性。軟件平臺設(shè)計的設(shè)計與實現(xiàn)，包括信號采集模塊、開關(guān)控制程序、報警程序。程序流程圖如圖五所示。

初始化時，系統(tǒng)對AD采樣、LCD1602顯示、DS18B20、中斷進(jìn)行初始化，初始化完畢后延時五秒中，等待煤氣探頭進(jìn)入正常工作狀態(tài)。然后AD開始正常采樣，同時單片機(jī)對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行保存并處理，若處理得到的煤氣濃度不高于預(yù)設(shè)的警戒濃度，則單片機(jī)不斷的對AD采樣值進(jìn)行檢測。否則，單片機(jī)進(jìn)入報警程序，控制LED及蜂鳴器發(fā)出聲光報警，然后通過串口發(fā)送AT指令，TC35i發(fā)出短息報警。此時若有外部按鍵復(fù)位或上電復(fù)位，則系統(tǒng)重新進(jìn)入初始化。

5.結(jié)束語

本項目為基于TC35i家用煤氣智能監(jiān)控器，除了繼承以往煤氣報警器的優(yōu)點外，還具有低功耗、性價比高、穩(wěn)定性高、靈敏度高以及報警率高等優(yōu)點。硬件設(shè)計上結(jié)構(gòu)簡單，體積較??；軟件上編程簡單，開發(fā)時間短；報警方式多樣，當(dāng)一氧化碳?xì)怏w濃度達(dá)到警戒值時，能通過聲光、給業(yè)主撥打電話、發(fā)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(jiān)測。

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