基于單片機(jī)的燃?xì)庑孤z測報警系統(tǒng)概要

杜云飛 何晨 何榕 梁政 任泓羽

【摘?要】天然氣作為工業(yè)發(fā)展的重要資源，其在現(xiàn)代生活中扮演的角色越來越重要。現(xiàn)實(shí)生活中也不僅僅只有天然氣這一種可燃性氣體，包括液化氣等都是常見的資源。但以近幾年來的新聞報道來看，可燃性氣體帶來的安全事故也時常發(fā)生，少有操作不慎或者疏忽都有可能造成煤氣泄漏，引發(fā)火災(zāi)的情形發(fā)生，對人民的生命財產(chǎn)安全帶來了極大的破壞。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī);檢測;報警

引言

基于此，設(shè)計一套安全可靠的系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測環(huán)境中的可燃性氣體濃度就顯得尤為重要，這也是降低事故發(fā)生概率最有效的措施。一方面系統(tǒng)顯示可燃性氣體濃度來提醒屋主，另一方面啟動報警裝置讓屋主警覺，可以很好的防止安全事故的發(fā)生。在此背景下應(yīng)運(yùn)而生的氣體檢測裝置，正是信息時代的典型產(chǎn)物。傳統(tǒng)的氣體檢測裝置需要通過人工一一進(jìn)行開啟或者關(guān)閉工作，而現(xiàn)代氣體檢測裝置數(shù)量越來越多，種類也越加繁多，當(dāng)用戶回到家中時，勞累的身體還需要對這些氣體檢測裝置一一進(jìn)行操作，加重了身體的負(fù)擔(dān)，傳統(tǒng)的模式已經(jīng)不能夠滿足人們的需求，在這樣的背景下，基于單片機(jī)的自動氣體檢測裝置的產(chǎn)生很好的解決了這個問題。

一，系統(tǒng)功能設(shè)計

1.1 系統(tǒng)的技術(shù)要求

在設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時，一個關(guān)鍵步驟就是要對單片機(jī)的技術(shù)性能做出選擇，指的是根據(jù)系統(tǒng)的性能要求來選擇合適的單片機(jī)類型。這就需要結(jié)合實(shí)際的情形來進(jìn)行合理的選擇，經(jīng)過幾十年的發(fā)展后，業(yè)內(nèi)對單片機(jī)的選型已經(jīng)基本形成了標(biāo)準(zhǔn)，適用于大部分場合。常用的幾個標(biāo)準(zhǔn)有以下幾種：

（1）體積小：單片機(jī)是系統(tǒng)控制的中心模塊，需要盡量選擇體積小的單片機(jī)，減少占用的空間，這樣在系統(tǒng)維護(hù)階段也能表現(xiàn)出更好的性能。

（2）功耗低：功耗問題始終是系統(tǒng)設(shè)計必須考慮的一個問題，一般情況下單片機(jī)系統(tǒng)都是采用干電池供電。

（3）可靠性高：此標(biāo)準(zhǔn)指的是單片機(jī)系統(tǒng)在完成硬件部分的檢測后能夠在不同環(huán)境中表現(xiàn)出相同的性能，受環(huán)境影響較小，性能穩(wěn)定。

1.2系統(tǒng)的組成及方案設(shè)計

在設(shè)計初期就明確需要完成的功能，如下：

（1）檢測部分：能夠?qū)Νh(huán)境中的可燃性氣體進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并通過顯示屏顯示出來;

（2）報警部分：當(dāng)檢測氣體的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)主模塊處理后，判斷濃度是否達(dá)到上限值，當(dāng)超過上限值則啟動報警裝備。

在設(shè)計系統(tǒng)組成時主要參考的需要完成的功能。因?yàn)橐獙Νh(huán)境中的可燃性氣體進(jìn)行檢測，因此包含氣體傳感器檢測模塊，接著采集的數(shù)據(jù)信息需要轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，因此包含AD轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息后需要交由單片機(jī)進(jìn)行處理，因此包含核心的單片機(jī)模塊，此外，還需要將處理后的濃度信息顯示出來，因此包含顯示模塊，最后，需要將濃度信息與上限值進(jìn)行對比，超過了上限值需要發(fā)出警告，因此還包含報警模塊。

二，燃?xì)庑孤z測報警系統(tǒng)硬件

2.1 主控模塊

可燃性氣體檢測報警系統(tǒng)其核心控制模塊為單片機(jī)模塊。其核心控制作用主要表現(xiàn)在以下幾個方面：首先，當(dāng)可燃性氣體檢測模塊檢測好氣體濃度數(shù)據(jù)后，會將此數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)模塊進(jìn)行處理，處理時對單片機(jī)的處理性能有較高的要求，需要單片機(jī)有較高的處理速度[2]，能夠及時獲取從MQ-5傳感器氣體檢測傳感器部分傳來的數(shù)據(jù)信息。其次，單片機(jī)需要將處理的信息傳送給顯示模塊進(jìn)行顯示，讓人們能夠清楚的看到此環(huán)境中的氣體濃度，達(dá)到很好的人機(jī)交互效果，方便屋主做好下一步計劃和處理，MQ-5傳感器氣體檢測傳感器模塊、顯示模塊和報警器等模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

2.2 燃?xì)鈾z測電路的設(shè)計

在設(shè)計可燃性氣體檢測電路時，由于需要將模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，所以需要將MQ-5芯片電路模塊和ADC0809芯片模塊進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計。當(dāng)MQ-5傳感器檢測到氣體的濃度信息后[3]，會將此模擬數(shù)據(jù)傳給ADC0809模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，ADC0809處理后的數(shù)據(jù)才能交給單片機(jī)進(jìn)行處理。

2.3 聲光報警提示電路

在實(shí)現(xiàn)基本功能之外還需增加一個功能模塊，當(dāng)濃度值超過某一個閾值時，系統(tǒng)就能夠發(fā)出警報信號，告知屋主應(yīng)該進(jìn)行下一步適當(dāng)?shù)奶幚怼Ｒ虼嗽谙到y(tǒng)設(shè)計中還加入了一個報警模塊，使用的核心器件為蜂鳴器和LED。讓蜂鳴器和LED實(shí)現(xiàn)報警功能，操作十分簡單。在設(shè)計電路時需要注意的一個問題是，由于蜂鳴器正常工作的電流一般不超過30毫安，但是相較于單片機(jī)系統(tǒng)而言其正常工作的電流要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于這個值，且單片機(jī)本身無法提供30毫安的電流電路，因此為了解決這個問題，一般需要在報警模塊中設(shè)計一個上拉電阻實(shí)現(xiàn)電流的降級，或者通過設(shè)計合理的放大電路，將單片機(jī)的小電流放大到能夠讓蜂鳴器正常工作的電流。

結(jié)語

燃?xì)庑孤z測報警系統(tǒng)的核心部分是單片機(jī)、氣體檢測模塊報警和報警的電路連接設(shè)計，檢測報警裝置設(shè)計的過程中融合了多學(xué)科知識，包括自動控制技術(shù)、硬件布線技術(shù)等，通過在電器設(shè)備上安裝傳感器使電器設(shè)備統(tǒng)一連接于單片機(jī)中，達(dá)到自動控制傳感器工作的目的，減少了人力資源的消耗，同時節(jié)約了資源，操作簡單。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊振江杜鐵軍李群《流行單片機(jī)實(shí)用子程序及應(yīng)用實(shí)例》西安電子科技大學(xué)出版社2002.7

[2]陳玫玫《可燃性氣體檢測報警器的研制》2007

[3]郝光健《基于LabVIEW和單片機(jī)的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計》2014

（作者單位：1.西北農(nóng)林科技大學(xué);2.天津工業(yè)大學(xué);3.中移鐵通有限公司福州分公司;4.惠州工程職業(yè)學(xué)院;5.杭州電子科技大學(xué)）