基于GSM的煤氣濃度檢測器設計

馬仲恒 李厚杰 羅敬超

摘要：煤氣的廣泛使用給居民生活帶來了諸多便利，提高了生活質量效率，還減少了環境污染。但是，煤氣具有一定的危險性，一旦發生不同程度的泄漏，若處理不及時，就可能引發中毒，甚至是爆炸，給廣大群眾的人身與財產安全帶來威脅。面對煤氣泄漏而帶來的各種安全隱患，如何對其實現統一化智能控制和預警成了一個急需解決的問題。本文設計了一種新型煤氣濃度檢測器，其使用基于GSM 作為通訊模塊，以STC89C52單片機為主控芯片，配合使用MQ-2氣體傳感器和ADC0809芯片，采集煤氣泄漏的信息。該檢測器實現了對煤氣濃度的識別以及智能化控制并能發出危險報警，使用戶與智能設備的溝通更加方便，具有一定的使用價值。

關鍵詞： GSM；煤氣泄漏；傳感器；報警；智能處理

The design of gas concentration detector based on GSM

MA Zhongheng， LI Houjie， LUO Jingchao

（ College of Information & Communication Engineering， Dalian Nationalities University，Dalian Liaoning 116600，China）

Abstract： The widespread use of the gas brings human beings lots of convenience， which not only improves the quality and efficiency of life， but also reduces the environment pollution. However， gas has a certain risk， once the different degree of leakage occurred， if not handled in time，it may cause a toxication ， even an explosion， threating the safety of people and property. Due to the security risks caused by gas leakage， it has been a problem how to realize the unified intelligent control and early warning of the leakage. In this paper， the design of a new type of gas concentration detector，which is based on GSM as the communication module， and takes STC89C52 Microcontroller as the main controlling chip. With the use of MQ-2 gas sensor and ADC0809 chip ，the detecter can collect the information of gas leakage. The detector realizes the identification and intelligent control of gas concentration and it can send alarm， so its more convenient and valuable for the users to communicate with intelligent equipment .

Keywords： GSM； gas leakage； sensor；alarm； intelligent processing

0 引 言

近年來，液化氣、燃氣等可燃性氣體在家庭中的使用需求正日漸攀升，但是這些氣體易燃、易爆，使得隱患事故頻見報導。一旦氣體泄漏時不能做到及時發現與處理，就會給家庭甚至鄰居帶來災害，甚至將威脅到廣大群眾的人身與財產安全。針對煤氣泄漏而形成的各類的各種安全隱患，家用煤管道氣體泄漏報警器即已成為應對煤氣泄漏的重要手段。當前，GSM 是應用最為廣泛的移動電話標準。全球已有超過200個國家和地區的10余億人正在使用GSM電話。所有用戶可以在簽署了"漫游協定"移動電話運營商之間自由無礙地實現漫游。將前述二者加以結合則可看出，基于GSM的煤氣濃度檢測器正在日常生活中發揮著舉足輕重的關鍵作用，因而已然成為時下具有高度需求和發展價值的研究方向。本文即圍繞這一內容給出系統論述和設計方案。

1 系統方案設計

控制設備的主要原理通過MQ-2氣體傳感器檢測可燃氣體，輸出模擬電壓值，模擬信號再通過ADC0809芯片轉換為數字信號，STC89C52單片機將作為主控單元讀取數字信號，并將數據顯示在數碼管上。當煤氣濃度超限時，發出聲光報警信號，系統就會自動關閉煤氣閥門，打開排氣風扇，再通過GSM短信模塊發送報警短信給手機用戶。本方案能夠實現遠程監測、智能診斷以及遠程管理功能，提供一個開放的基礎構架，并具有高可靠性、分散控制、集中監視和集約管理的優良特性。

2 系統硬件電路設計

單片機煤氣濃度檢測器系統的硬件主要有7部分，即單片機主控模塊、氣體濃度檢測模塊、數碼管顯示模塊、聲光報警模塊、GSM短信報警模塊、按鍵模塊、繼電器電路。硬件電路設計可如圖1所示。

2.1單片機微控系統電路

對于煤氣濃度檢測器，為了獲得良好操作實踐、且完備呈現其使用效果，此次設計選用STC89C52單片機作為控制芯片。最小系統將STC89C52芯片定制為整個電路的中央控制器，內部有4KB閃爍存儲器，復位電路用，晶振電路。微處理器構成了最小應用系統后，只需將單片機接上時鐘電路和復位電路，便可以進入正常工作。該系統與其他最小系統相比，省去了外擴程序存儲器的設計工作。單片機微控制電路如圖2所示。

2.2氣體檢測電路

氣體檢測電路分為2個部分。主要部分是氣體傳感器，可將檢測到的氣體而產生的電壓信號傳送給ADC0809，再通過ADC0809內部的模數轉換電路將模擬信號轉換成數字信號供送至單片機用于判定識別，單片機將依據讀取的相應數值控制調整電路工作狀態。MQ-2氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫（SnO2）。當傳感器所處環境中存在可燃氣體時，傳感器的電導率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導率的升降變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。MQ-2氣體傳感器對丙烷、煙霧的靈敏度頗高，對天然氣和其它可燃蒸氣的檢測也堪稱理想。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多累場合優質應用的低成本傳感器。具體到研發設計中，首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿則啟動 A/D轉換，此后EOC輸出信號變低，指示轉換正在進行。直到A/D轉換完成，EOC變為高電平，指示A/D轉換結束，結果數據已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平時，輸出三態門打開，轉換結果的數字量輸出到數據總線上。本文設計實現的采集電路的總體原理如圖3所示。

2.3 GSM模塊電路

本次設計采用了sim900A芯片作為開發芯片，模塊主要由GSM基帶、存儲器、GSM射頻、天線接口、其他接口共同構建組成。GSM是全球移動通信系統（Global System for Mobile communications） 的簡稱，同時也是當前流行廣泛的移動電話標準。設計時，對其空中接口采用了時分多址技術。同原初GSM相比，現有GSM的信令和語音信道均已實現了數字化。因此GSM將可視作為第二代（2G）移動電話系統。模塊接入微控制器、并插上SIM卡即能和普通手機用戶通信。

3 智能報警設備

智能報警設備由紅色發光二極管、蜂鳴器、GSM短信模塊提供功能組成。LED紅色發光二級管是一種固態的半導體器件，可以直接把電轉化為光，并具備使用壽命長，光電轉換效能高、而且節能等長足優點。該系統選取紅色燈指示作為報警信號，當紅燈閃爍時，說明煤氣濃度已超過安全值。采用四位共陽數碼管顯示煤氣濃度數值。信號經A/D轉換后，再由單片機處理，并將數據顯示在數碼管上，提示人們需及時做出判斷。LED紅色二極管可用于視覺上的警示，而蜂鳴器則用于聲音上的報警，GSM短信重點用于當無人在家的情況下來發出預警。

4 系統軟件設計

4.1 主程序設計流程

本文設計的GSM煤氣濃度檢測器是以STC89C52 單片機為控制核心、并由MQ-2 型傳感器來檢測氣體濃度。傳感器將檢測到的氣體濃度電壓信號經A/D 單元轉換后，轉換可得的數字信號就送入STC89C 52 單片機內，由其對氣體濃度信號執行比較處理并顯示在數碼管上，由此即可判斷氣體濃度值是否大于報警規定值。當氣體濃度處于正常數值范圍內，聲光報警系統不會發出警報；但當氣體濃度大于設定值時，報警系統則發出警報聲并啟動紅燈閃爍。然后繼電器關閉煤氣電磁閥，啟動排氣風扇，把有害氣體排出室內。同時，GSM短信模塊自動給用戶發送提醒短信。本系統所有程序均采用C 語言來實現編寫調制，設計的主程序流程如圖5 所示。

4.2 程序調試

本程序使用Keil 軟件對程序進行設計并組織調試。Keil C51 軟件為美國Keil Software 公司的研發產品，是51 系列兼容單片機C 語言軟件開發系統，與匯編語言相比，其在功能上、結構性、可讀性、可維護性上具有明顯的優勢。

5結束語

綜合考慮設計要求、使用環境、加工成本等因素，所以選用MQ-2型氣體傳感器。MQ-2型氣體傳感器主要對以氫氣為主的城市煤氣、天然氣及液化石油氣具有良好的敏感特性，并且同時表現出響應回復快，工作穩定、時間長等明確優點。在系統單片機控制電路設計中，采用STC89C52單片機作為核心芯片，可以充分利用其高速數據處理能力，并實現了系統儀器簡單化和智能化，使儀器具有結構簡單、性能穩定、體積小巧，成本低廉等穩定特點。氣體報警能實時進行氣體濃度檢測工作，當氣體的濃度大于設定的濃度時，發光報警。然而對于該系統，仍然存在不足之處。如：室內煤氣發生泄露，氣體不能及時排出；室內沒有反饋系統，不能實現自動關斷危險氣源。所以，增加智能排氣扇功能，以便在發生警報時將有害氣體盡短時間排出。此外，還增加了互聯網功能，當報警器報警時，主機會給用戶手機發送消息，提醒用戶發生煤氣泄露。為智能家居的理想規劃實踐奠定了基礎，具有一定的現實推廣價值。

收稿日期：

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