智能家庭煤氣中毒及火災報警系統(tǒng)設計

陳英 肖利軍 劉蒙瑞

摘要：文章針對經常發(fā)生的煤氣泄漏中毒和家庭火災事件，設計了一套由一個主模塊和多個監(jiān)測子模塊組成家用煤氣泄漏和火災監(jiān)測安全系統(tǒng)方案。通過器件的對比與選型，最終采用煤氣、煙霧等氣體傳感器、單片機、CC1101無線模塊、GSM模塊等器件，設計了一套含煤氣泄漏檢測、火災發(fā)生檢測、聲光分級報警、GSM遠程報警、無線通信和事故自動應急處理的家庭煤氣泄漏和火災監(jiān)測以及處理系統(tǒng)，并制作了一套系統(tǒng)樣機，實現(xiàn)了穩(wěn)定、可靠的信號采集與處理，險情報警以及事故自動處理功能。

關鍵詞：單片機；氣敏元件；煙霧傳感器

目前，城市已基本普及使用罐裝燃氣或管道燃氣，燃氣在居民生活使用中占的比例很大。每年都有由燃氣泄漏所引發(fā)的爆炸、中毒和火災事故報道；此外，在廣大的農村地區(qū)，每年冬季因燃煤取暖而造成中毒的事件也屢見不鮮。目前，現(xiàn)有一氧化碳檢測儀器主要是面對工礦企業(yè)或者公共場所的檢測，價格昂貴；因此，設計一套價格低廉、同時包含煤氣泄漏檢測和火災發(fā)生檢測，并能實現(xiàn)聲光分級報警、GSM通信報警和事故自動應急處理的報警系統(tǒng)，這無疑對保護人民生命財產安全具有十分重要的應用價值。

1 系統(tǒng)整體方案

系統(tǒng)整體框如圖1所示，由一個主模塊和多個監(jiān)測子模塊組成。監(jiān)測子模塊通過半導體氣敏元件采集環(huán)境中煙霧和一氧化碳等氣體的濃度信息[1]，通過無線射頻模塊發(fā)送給主模塊，同時根據采集到的信息分析現(xiàn)場事故狀態(tài)，進而控制繼電器的通斷實現(xiàn)事故自動處理。主模塊通過無線射頻模塊以一定的頻率輪循各子模塊的采樣信息[2]，并實時顯示與分析，判定有事故發(fā)生時，根據事故的嚴重性控制聲光報警電路發(fā)出聲光報警，或通過GSM模塊[3]對用戶進行遠程短信報警，其中需要監(jiān)測的監(jiān)測子模塊地址和報警目標用戶手機號碼可以通過鍵盤設置，并且將設置保存在EEPROM里面不丟失。

2 系統(tǒng)硬件設計

主模塊樣機實物如圖2所示。監(jiān)測子模塊之一實物如圖3所示。

信號采集電路主要由MQ-2型和MQ-7型半導體氣敏元件組成。MQ-2型氣敏元件對液化氣、煙霧等氣體具有較高的靈敏度和響應度，MQ-7型氣敏傳感元件對一氧化碳具有較高的靈敏度和良好的選擇性[4]。MQ-2型半導體氣敏元件在不同濃度的煙霧環(huán)境中具有不同的電阻值，通過串接一個分壓電阻將變化的電阻轉換為變化的電壓，再經ADC采樣獲取氣體濃度信息[5]。MQ-7電路原理與MQ-2電路原理相同。報警電路包括由有源蜂鳴器與LED組成的本地聲光報警電路[6-7]和由TC35i型GSM模塊組成的遠程短信報警電路。

3 通信模塊程序設計

TC35i模塊通信程序：該模塊支持多種通信波特率，這里使用9 600 bps的波特率，單片機的串口初始化程序如下所示[8]：

#define F-CPU 11059200//晶振頻率

#define BAUD 9600//波特率

void USART-Init（void）

{ UBRRH =（F-CPU/BAUD/16-1）/256；//設置波特率

UBRRL =（F-CPU / BAUD /16-1）% 256；//接收中斷使能，接收使能，發(fā)送使能

UCSRB |=（1 ? RXEN）|（1 ? TXEN）； } //（1 ?RXCIE）

主要流程如下：單片機通過向TC35i模塊發(fā)送AT指令操作TC35i模塊。上電后，等待TC35i模塊聯(lián)網成功，單片機發(fā)送“AT＼n”，若與TC35i通信正常，則返回“OK”；單片機發(fā)送“AT+CMGF=0＼n”設置TC35i為PDU中文短信模式，然后發(fā)送經過Unicode編碼后的短信內容，其中包括短信長度，運營商短信中心號碼，接收端短信中文號碼和中文短信內容網。

4 結語

當主模塊檢測到報警信息時發(fā)出室內一級聲光報警，并主動切換到如圖4所示的報警窗口界面，在窗口界面左上角顯示報警子模塊地址，右上角開始倒計時10 s，中間兩行顯示報警子模塊的煙霧和煤氣濃度信息，最后一行提示按任意鍵可退出報警狀態(tài)。當右上角的10 s倒計時結束，且未檢測到退出報警狀態(tài)的按鍵操作時，室外二級聲光報警被觸發(fā)，同時向用戶發(fā)出遠程報警短信，窗口界面右上角顯示“GSM”字樣。圖示報警信息表示地址為2的監(jiān)測子模塊因煙霧濃度異常而發(fā)出異常警報，并觸發(fā)了室外二級聲光報警器，同時向用戶發(fā)送了遠程報警短信。

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