基于GSM嵌入式燃氣安防報警系統(tǒng)的設(shè)計

李校紅

（西安歐亞學(xué)院,西安,710065）

基于GSM嵌入式燃氣安防報警系統(tǒng)的設(shè)計

李校紅

（西安歐亞學(xué)院,西安,710065）

借助現(xiàn)代家居設(shè)計的理念、采用AT89S51作為主控芯片，設(shè)計出了對信號的采集和報警，并具有聲光報警、關(guān)系燃氣閥門以及啟動家庭通風機等聯(lián)動的裝置。同時通過該系統(tǒng)的無線通信功能，可快速給用戶發(fā)送短消息，從而實現(xiàn)用戶不在家時的緊急報警處理。

AT89S51；嵌入式；安防報警系統(tǒng)

目前在燃氣報警系統(tǒng)中廣泛使用的氣體探測器則主要分為獨立式和聯(lián)網(wǎng)式兩種。其主要的功能是在室內(nèi)的燃氣發(fā)生泄漏并超過設(shè)定值的時候，系統(tǒng)則會出現(xiàn)聲光報警。而聯(lián)網(wǎng)式的報警系統(tǒng)還可通過進行遠程聯(lián)網(wǎng)報警。

1 系統(tǒng)設(shè)計思路

我國現(xiàn)在家用的燃氣主要分為煤氣和天然氣，兩者之間的主要成分則為一氧化碳和甲烷。因此，本報警系統(tǒng)中的外圍的氣體傳感器選擇分別選擇MQ-4型甲烷與MQ-7型一氧化碳傳感器。上述的兩類傳感器都屬于靈敏性比較高的半導(dǎo)體材料制成，具有高靈敏度、長壽命、大電信號輸入和較高的穩(wěn)定性等特性。外圍傳感器隨著氣體濃度的變化，其傳感率也在變化，導(dǎo)致其輸出的電信號也隨著濃度的變化而在不斷變化，并將信號傳輸?shù)街骺匦酒?。通過外圍數(shù)據(jù)信號的采集，將相關(guān)信號傳輸?shù)街骺匦酒骺匦酒珹T89S51再根據(jù)設(shè)定的軟件程序，將變信號轉(zhuǎn)變?yōu)闈舛龋敐舛鹊拇笮〕^系統(tǒng)設(shè)定的濃度值時，其自動啟動關(guān)閉閥門、聲光報警裝置和打開通風裝置，并將泄漏信息傳遞給用戶，以方便用戶不在家的時候，及時對事故進行處理。系統(tǒng)整體的設(shè)計如圖1所示。

2 硬件系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)

2.1 AT89S51單片機設(shè)計

通過比較，我們采用由ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S51主控芯片，因為該芯片具有低功耗、高性能的CMOS的8位微控制器。同時該硬件系統(tǒng)具有4K的flash存儲器，可對其進行編程控制。其具體的引腳分配圖如圖2所示。

通過上述的設(shè)計，MQ-4和MQ-7傳感器連接運放電路，通過LCM458放大器將因濃度變化轉(zhuǎn)換成電壓信號，并與主控芯片中的引腳P11、P12連接，P10上接電位復(fù)電。同時晶振接X1、X2,并且其頻率變化在0~12 Mbps, P00、P01、P02三個引腳分別接聲光報警裝置、外圍的電磁閥門開關(guān)以及通風裝置，當系統(tǒng)發(fā)生氣體泄漏，同時其泄漏的濃度超過標準值之后，則自動連接并打開。同時為實現(xiàn)該模塊設(shè)計的無線通訊功能，在主控芯片的UART1處的RXD與TXD連接無線通信模塊。而在連接連接無線通訊模塊之前，連接MAX232其主要的目的是通過主控芯片AT89S51中電壓信號的變化而產(chǎn)生的邏輯控制規(guī)則，對RS-232通信接口進行驅(qū)動，并通過ZXGM18模塊將短消息發(fā)送給用戶。

圖1 報警系統(tǒng)整體設(shè)計

2.2 無線通訊模塊設(shè)計

在該設(shè)計中，我們采用ZXGMl8無線調(diào)制器，主要是為短信息的發(fā)送和數(shù)據(jù)的交換提供接口。ZXGM18作為通信模塊，其具有完整的射頻電路和GSM基帶處理器。該模塊可支持雙頻工作模式；內(nèi)置/外置SIM連接器，內(nèi)外置均支持采用3VSIM卡，外置還可支持5VSIM；支持電源電壓為3.6V~4.5V；發(fā)射功率為發(fā)射功率：CLASSA(2W)／EGSM900，CLASSA(1W)／GSM1800等特性，其性能基本可以滿足系統(tǒng)的簡單需求。

2.3 聲光報警裝置設(shè)計

聲光報警裝置主要是由放大器、保護電阻、振鈴和發(fā)光的二極管組成。當系統(tǒng)將實際采集到的燃氣濃度大于系統(tǒng)設(shè)定的標準值時，主控芯片端的P00端則會發(fā)出相應(yīng)的電平信號，并通過放大器對信號的放大作用，驅(qū)動二極管和蜂鳴器進行報警。

2.4 電磁閥門開關(guān)控制

電磁閥開關(guān)主要是由電解電容（4.7U／25V）、繼電器、電磁閥以及放大器共同組成。當采集到的濃度大于系統(tǒng)設(shè)定的濃度，系統(tǒng)的P01引腳會發(fā)布高電平信號，并通過放大器將信號傳輸?shù)睦^電保護器，再由繼電保護裝置發(fā)動高電平信號給電磁閥，電磁閥在根據(jù)其中產(chǎn)生的磁場將開關(guān)關(guān)閉，從而切斷家庭天然氣或者煤氣的使用，以此保證安全。

2.5 通風裝置設(shè)計

通風機裝置的設(shè)計與上述的標準一樣，當其濃度過大超過設(shè)定濃度的時候，主控芯片會輸出高平電，并通過繼電保護控制開關(guān)。

圖2 AT89S51主控引腳圖

3 軟件設(shè)計

在外圍的信號采集系統(tǒng)MQ-7、MQ-4等采集到相關(guān)的信號之后，將實際所采集到的燃氣的濃度通過運放電路將濃度的變化轉(zhuǎn)變成電壓信號。而當采集到 濃度超過設(shè)定的標準值后，通過P10引腳口將電壓信號輸入主控系統(tǒng)，而主控系統(tǒng)在收到電壓信號之后，則開始工作。而當采集的濃度的量小于設(shè)定的值后，引腳P10則會反復(fù)的檢測，直至其輸出高電平信號為止。在主控系統(tǒng)輸出高平電壓信號之后，分別通過引腳接口輸出相應(yīng)的操作，如聲光報警系統(tǒng)、驅(qū)動繼電保護，以此切斷電磁閥。

通信信號則通過MAX232與無線通信模塊ZXGM18連接，并向無線通訊模塊發(fā)送AT的命令，以此啟動無線通信工作。

4 結(jié)束語

燃氣報警裝置作為現(xiàn)階段居民安全用氣中常用的裝置，對保護居民安全具有非常重要的意義。本文實現(xiàn)了將濃度轉(zhuǎn)換為電壓，通過主控程序控制電磁閥、聲光裝置和通風通氣裝置的啟動，并通過GSM網(wǎng)實現(xiàn)對用戶的短信息發(fā)送，從而使得用戶可隨時對煤氣或天然氣泄漏進行處置。

郝磊. 嵌入式家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[D].電子科技大學(xué),2013.

李校紅，女，1976，湖南省，講師，研究方向：網(wǎng)絡(luò)通信、嵌入式

Embedded design GSM security alarm system based on gas

Li Xiaohong
(Xi'an Eurasia University,Xi'an,710065)

With modern home design ideas,using AT89S51 as the master chip,designed for signal acquisition and alarm,and with sound and light alarm,the relationship between the gas valve and start the linkage Family fan and so on.At the same time via the wireless communication function of the system,you can quickly send a short message to the user,enabling emergency alarm processing when the user is not at home.

AT89S51;embedded;security alarm system

陜西省教育廳科學(xué)研究計劃資助項目（2013JK1069）