基于單片機的無線煤氣泄漏報警裝置

廖俊學

（西北民族大學，甘肅蘭州，730124）

0 前言

煤氣的應用十分普遍，無論是日常做飯，還是冬日取暖，都是人們必不可少的需要品，但煤氣作為易燃易爆氣體，如果發生煤氣的泄漏可能造成很大的安全事故，人們沒察覺時，可能造成人類一氧化碳中毒窒息而亡，還可能產生爆炸或火災等嚴重的大范圍安全事故，因此，煤氣泄漏的檢測就顯得非常有必要。本文基于51單片機的處理器為核心，以MQ—2煤氣檢測報警傳感器為檢測裝置，以蜂鳴器、發光led燈為報警裝置，以GSM通信模塊為通信裝置，解決了煤氣泄漏的檢測，報警等問題，且彌補了一般裝置不具備的通信問題以及成本高昂等一系列問題，實用性很強。

1 系統的主要功能

本文設計的這種基于51單片機的煤氣泄漏報警裝置，主要實現能夠準確、快速的檢測出被測氣體中有害氣體如一氧化碳、氫氣、烷類、烯類、醇類等的含量，并通過LED顯示屏顯示被測氣體中有害氣體的濃度，當有害氣體的濃度超過設定值時，報警裝置發出報警聲，并伴隨著燈光閃亮，同時發送短信至用戶手機，提醒用戶煤氣泄漏并作出相應措施。相信通過該系統，可以有效的降低因煤氣泄漏引起的事故高發率。

2 系統的模塊

2.1 單片機

51單片機是由因特公司生產的一個單片機系列，是一種可編程、可擦除的只讀存儲器的單片機。而51單片機最小系統是指單片機用最少的元件組成的可以工作的系統，通常包括了晶振電路、復位電路、單片機及電源。晶振電路由單片機的18引腳及19引腳構成，它們分別代表了芯片內部振蕩電路的輸出端與輸入端，而晶振Y1通常也采用12MHz或11.0592MHz，51單片機最小系統晶振的振蕩頻率直接影響單片機的處理速度，頻率越大處理速度越快。復位電路由9引腳串聯一個電容及電阻構成，而串聯的極性電容C的大小直接決定了單片機的響應時間，電容C的容值越大，復位時間越短，而復位是為了保證程序能在跑飛的情況下以及程序執行發生故障的情況下的正確運行。而電源的正負極直接連在單片機的40引腳及20引腳即可，同時31引腳接一個上拉電阻連到電源正極就可以選擇程序是從內部ROM還是從外部ROM開始執行，當31引腳接高電平時，程序從內部ROM開始執行，反之，從外部ROM開始執行。單片機最小應用系統就相當于人的大腦，是及其重要的。

2.2 MQ-2煤氣泄漏傳感器

MQ—2是一種對液化氣、甲烷、氫氣、一氧化碳等氣體具有高靈敏性的氣體傳感器，這種傳感器可檢測多種有毒有害且可燃性很強的氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。MQ—2氣體傳感器有4個引腳，其中有兩個分別是工作電源的正負極，VCC與GND，還有一個DO引腳與一個AO引腳。其中AO為模擬量輸出端，DO為TTL高低電平輸出端，為了使設計簡單和成本低廉，避免了運用AO端口，減少了A/D轉換器的使用，且因為單片機只能處理數字量，所以本文中所用引腳為DO引腳。為了靈活設定門檻報警濃度，MQ—2氣體傳感器內部接有10千歐的可變電阻器，可以通過改變電阻值改變檢測的靈敏度。當檢測氣體濃度達到門檻濃度時，MQ—2的LED亮綠燈，表示檢測到煤氣的泄漏。

2.3 報警模塊

報警模塊主要由蜂鳴器和發光LED燈組成。蜂鳴器有兩個引腳，通常與三極管連用，三極管采用的是SP8050的NPN管。蜂鳴器的正極引腳直接接5V電源，另一個引腳接三極管的集電極，而三極管的發射極接地，基極接單片機的輸出。當三極管的基極接收到單片機輸出的高電平時，三極管的基極導通，發射極與集電極相連，發射極電平被拉低，蜂鳴器兩端承受正壓，蜂鳴器導通，發出聲音，發光LED燈只需與蜂鳴器串聯就可以達到蜂鳴器發出聲響的同時使LED點亮。在這個過程中，為了防止過大的電壓導致三極管燒壞，必須在三極管的基極串聯一個電阻，同理，蜂鳴器兩端也應串入電阻，但要防止串入的電阻過大，導致流過蜂鳴器的電流和蜂鳴器兩端的電壓很小，以致于蜂鳴器發出的聲音很小，達不到報警的作用。報警模塊通過聲音和光亮的雙重刺激，確保事故的發生能第一時間為人所知。

2.4 GSM通信模塊

GSM模塊是一種能提供標準接口且具有良好的操作系統、射頻處理與基帶處理的功能模塊。GSM模塊具有發送SMS短信，語音通話，GPRS數據傳輸等基于GSM網絡進行通信的所有基本功能。本系統中智能通信電路部分主要采用TC35GSM模塊, 該模塊自帶RS232通信接口, 可方便與PC機、單片機連機通信, 同時能夠快速、安全、可靠地實現系統方案中的數據、語音傳輸、短消息服務和傳真。單片機通過RS232串口將相關指令和內容發送給 GSM模塊, GSM模塊一旦連接到網絡就可以立即與單片機進行通信, 其中 GSM模塊中的每一個指令都設置了返回驗證, 這進一步保證了通信的準確性。當最后確認指令和信息無誤時,GSM模塊就可以向手機發送短信或者撥打電話, 與此同時手機也可以作出回應, 收到的信息被GSM模塊發送給單片機系統, 單片機根據傳達回來的信息做出相應的控制措施。通過GSM通信模塊，我們可以實時的把握煤氣泄漏情況，保證了信息傳達的及時性，處理事故的快速性、準確性。

2.5 顯示器模塊

本文所用的顯示器為LCD1602液晶顯示屏，它是一種工業字符型液晶，能夠同時顯示32個字符。LCD1602有16個引腳，其中第一個和第二個引腳為GND和VCC，分別接電源地和5V直流電源，然后第7引腳到第14引腳為雙向數據端，通常連單片機的P0口，第5個引腳為顯示器的讀寫信號端，與單片機的P3.6端口相連，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作，通過這個引腳選擇了單片機與顯示器的數據流通方向。第6引腳為LCD1602的使能端，即顯示器的通斷開關。其余引腳主要實現對顯示器的亮度，對比度等顯示效果進行調節。LCD1602具有可顯示字母、數字、符號等功能，也提供了多種控制命令，列如清除屏幕、使顯示的字符閃爍、使顯示的字符移位等命令。LCD1602還具有體積小、輕便、價格低廉、功耗低等使用優點。所以它作為設計中顯示模塊的不二選擇。用戶可以十分方便的從顯示器上讀取信息。

圖1

3 系統原理圖

圖1為本文設計完成后的系統的原理圖，從圖中我們可以清楚的看到整個系統的各個模塊以及各個模塊的組成。通過原理圖及實驗驗證可知，本文設計的基于單片機的無線煤氣泄漏報警裝置實現了煤氣泄漏的自動檢測、報警以及通信等功能，同時也具有市場上某些產品并不具有的優點，具有一定的市場競爭能力，具有一定的市場和應用價值。

圖2

4 系統軟件設計

系統上電后進行參數設置，需要設置氣體濃度的報警的最小值，將所編輯的程序通過看門狗寫入單片機，當濃度大于這個值時，就會發出聲光報警，并通過GSM通信模塊向手機發送短信通知用戶，達到通信的目的。

5 結論

綜上所述，本文主要對各個模塊的組成和實現進行了介紹分析，本文所設計的基于單片機的無線煤氣泄漏報警裝置，綜合運用了單片機、檢測與轉換技術、模擬電子技術與數字電子技術等多門課程知識，主要針對了家庭煤氣使用的泄漏檢測與監控，能夠實現煤氣泄漏的自動檢測、報警與通信功能，且具有成本低廉，使用方便等優點。