基于STM32與GSM的智能氣體檢測與預警系統設計

王大雷，何康，王楠，王龍，姜立勇

(宿州學院 機械與電子工程學院，安徽 宿州 234000)

0 引言

隨著生活水平的不斷提高，人民對日常生活中可能存在的安全隱患越來越重視，特別是室內的有毒氣體[1-4].如燃氣不完全燃燒，可能產生CO等有毒氣體，房屋裝修也會產生甲醛等有害氣體，這些有毒氣體都會傷害到人類的身體健康，當吸入過量的CO氣體時甚至導致死亡，給家庭帶來帶來嚴重的災難.

為了解決上述問題，設計出了一種基于STM32與GSM的智能氣體檢測預警系統.其主要研究內容如下：1)研究STM32與MQ-7傳感器、MQ-135傳感器等模塊通信連接情況； 2)利用GSM通信網絡模塊，實現遠程監控預警功能.

1 系統總體設計

系統由STM32單片機與GSM無線移動網絡技術相結合[5-7]，利用傳感器檢測等模塊，設計出一種性能穩定可靠、成本低適合普通家庭的智能氣體檢測預警系統.該系統由STM32單片機主控制器模塊、傳感器模塊、液晶顯示模塊、GSM模塊及報警模塊等.本系統總體設計框圖如圖1所示.

系統的總體工作思路如下：首先利用MQ-7傳感器、MQ-135傳感器對室內有毒氣體進行數據采集并送入STM32單片機；其次，STM32對采集的信號進行濾波處理，在液晶顯示屏中顯示氣體的濃度，并顯示數據與設定值進行比較，若超過預設值，系統則立刻啟動報警系統；最后，如果檢測室內的CO等有毒氣體濃度高于預設值時，立刻通過GSM無線網絡模塊，能將室內CO等氣體第一時間發送至預設手機用戶.

圖1 系統總計設計框圖

2 系統硬件設計

系統硬件設計包括STM32單片機主控制模塊、GSM無線移動網絡模塊、MQ-7與MQ-135傳感器模塊及液晶顯示模塊[8-9].

2.1 STM32主控芯片

根據設計系統的穩定可靠性要求，選擇STM32F103C8T6作為主控芯片，主要因為STM32F103C8T6通用I/O口多，系統易于功能的擴展，時鐘頻率可達 72M，處理速度快，可以滿足系統實時性要求.它是一種性能高、成本低及低功耗的微控制器.STM32最小系統及外圍電路如圖2所示.

圖2 STM32最小系統及外圍電路

2.2 GSM 模塊

本系統采用的GSM模塊為WF-SIM900A模塊，其外接電路如圖3所示.其GSM無線移動網絡模塊的信號線與STM32主控模塊的I/O口PA2、PA3進行連接，使兩個模塊之間進行數據無線移動傳送.若室內檢測有毒氣體超過預設值，系統立刻啟動GSM模塊，將室內的氣體濃度檢測結果通過短信方式第一時間發送到房主手機上.

圖3 GSM模塊電路

2.3 顯示模塊

本系統選擇液晶顯示模塊為OLED(Organic Light-Emitting Diode).具有體積小、響應速度快、圖像穩定、分辨率較高及低功耗等優點，其與主控模塊外接電路如圖4所示.與STM32主控模塊的I/O口PB3、PB4、 PB5和PA15進行連接，其主要功能實時顯示室內有毒氣體濃度數據.

圖4 顯示模塊電路

2.4 傳感器模塊

2.4.1 MQ-7傳感器

該模塊采用 MQ-7傳感器.該傳感器對CO有毒氣體檢測靈敏度較高.MQ-7傳感器信號線與單片機STM32的I/O口PA0相連，完成對CO有毒氣體數據采集，其外接電路如圖5所示.

圖5 MQ-7傳感器模塊電路

2.4.2 MQ-135傳感器

該模塊采用 MQ-135傳感器.該傳感器對煙霧和其它有害氣體檢測靈敏度較高，與外接電路如圖6所示.MQ-135傳感器信號線與單片機STM32的I/O口PA1進行連接，完成對煙霧和其它有害氣體的數據采集.

圖6 MQ-135傳感器模塊電路

2.5 報警模塊

該系統的報警模塊電路如7所示.報警器的信號線與單片機STM32的I/O口PA8進行連接，當系統檢測有毒氣體濃度高于與設置時，STM32單片機會給報警系統一個低電平信號，使系統立刻報警.

圖7 報警模塊電路

3 系統軟件設計

該系統軟件設計包括有毒氣體濃度檢測模塊設計，液晶顯示模塊設計，報警模塊設計及GSM模塊設計.

系統軟件設計的總體思路如下：首先，系統初始化，設置有毒氣體的濃度參數的預設值，設定系統中斷及定時器等.接著，利用MQ-7傳感器、MQ-135傳感器對室內有毒氣體進行數據采集與濾波處理，利用液晶顯示模塊實時顯示氣體的濃度，其次，將氣體采集顯示數據與設定氣體閾值進行比較，若超過預設值，則系統立刻啟動語音報警系統進行報警；最后，如果檢測室內的CO等有毒氣體濃度高于預設值時，立刻通過GSM無線網絡模塊，能將室內CO等氣體第一時間發送至預設手機用戶，系統軟件算法流程圖如圖8所示.

圖8 系統軟件算法流程圖

4 結語

本文利用STM32、傳感器、報警器與GSM無線移動通信網絡技術實現了智能氣體檢測系統設計.本系統設計的優點如下，首先，電路設計簡單，檢測結果較為準確，且功能穩定可靠，實時性強；然后利用GSM模塊，是系統具有遠程通信功能，提高了系統的使用范圍，為智能氣體檢測提供技術保障.最后，系統軟件編程為C語言編程，其具有較好的移植性，開發速度較快，擴展系統新功能周期較短.本系統整體性能穩定可靠，成本低，實時性強.