有害氣體短信報警處理器系統設計

賈玉鑫 常永福 馬文琦

摘 要：我國每年因空間內有害氣體濃度過高導致爆炸和人員中毒事件數不勝數。防范此類事件的發生一直是人們廣泛關注的問題。本設計是在傳統報警器的基礎上進行升級改進，以STM32單片機為核心，利用各種傳感器和和一些外設組成一個短信報警處理系統，來達到報警和處理有害氣體的目的。

關鍵詞：STM32單片機;傳感器;檢測;報警;短信

Abstract： Every year in China， the excessive concentration of harmful gases in space leads to numerous explosions and poisoning incidents. Preventing the occurrence of this kind of incident has always been a widespread concern. This design is in the traditional alarm on the basis of upgrading and improvement， STM32 SCM as the core， the use of a variety of sensors and some peripherals constitute a message alarm processing system， to achieve the purpose of preventing and dealing with harmful gases.

Key words： STM32 MCU; The sensor; Detection; Call the police; SMS

0 引言

天然氣爆炸和一氧化碳中毒嚴重危害著人們的生命財產安全，據不完全統計，2019年上半年全國天然氣爆炸新聞大約370多起，在冬季一氧化碳中毒事件更是數不勝數。傳統的家用報警器只能實現聲光報警，當人不在房間內發生一氧化碳聚集和天然氣泄漏時，氣體就不能及時得到處理，會產生嚴重危害。此設計增加了通風排氣和短信發送功能，能在泄漏時第一時間給指定的手機號發送短信，提醒人們采取有效措施，可以有效的避免災難的發生。

1 短信報警處理器系統工作原理

采用STM32單片機為核心，MQ7一氧化碳煙霧傳感器對一氧化碳進行檢測，MQ4甲烷煙霧傳感器對天然氣進行檢測，DHT11溫濕度模塊進行溫濕度的檢測，各個傳感器將檢測到的數據實時顯示在OLED屏幕上，當檢測到有害氣體濃度達到設定濃度值后，通過SIM900A短信模塊給指定手機號發送報警短信，現場進行聲光報警，并觸發繼電器來使排氣扇工作，進而達到預防和處理的目的。

2 系統硬件設計

2.1 煙霧傳感器的數據采集與顯示

MQ煙霧傳感器選擇AO端口，模擬量輸出。在無有害氣體環境中，設置傳感器的輸出電壓值為參考電壓，經測得AO端的電壓在1V左右，當傳感器檢測到被測氣體時，電壓每升高0.1V，實際被測氣體的濃度增加200ppm（簡單的說：1ppm=1mg/kg=1mg/L=1×10-6 常用來表示氣體濃度）。由此參數在程序中進行計算，就可以實現AD轉換，在單片機里面將測得的模擬量電壓值轉換為當前有害氣體的濃度值。將采集到的數據傳送給單片機，再由單片機發送給OLED顯示屏上進行實時顯示。

2.2 SIM900A短信發送

該模塊支持全部2G卡，支持大部分3G或4G的手機卡。本設計使Sim900a接3.3V電平接口，用3.3VTTL電平接口進行串行通信，傳輸速率支持從1.2kbps到115.2kbps。SIM900A TXD與單片機的RXD相連接，SIM900A RXD與單片機的TXD相連接，通過串口發送AT命令和數據，當有害氣體濃度達到設定值時就會觸發模塊給預先設定的手機號發送報警短信。

2.3聲光報警與排氣通風

ST011聲光報警模塊和繼電器與STM32單片機的GPIO口相連接，ST011聲光報警模塊主要由LED燈、蜂鳴器、三極管組成。將排氣扇與電源和繼電器相連，當有害氣體濃度達到閾值時，單片機控制ST011和繼電器，使ST001進行聲光報警并使繼電器閉合，繼電器閉合進而控制排氣扇工作，以此來達到現場的報警和處理。

3.系統軟件設計

系統軟件設計的總體思路為：首先進行系統初始化，之后各模塊開始正常工作，MQ煙霧傳感器進行檢測，單片機將檢測到得電壓值在程序中進行計算，通過AD轉換將電壓值轉換為濃度顯示在OLED 屏幕中，報警裝置的引腳每隔3秒進行一次判斷，當檢測到的濃度達到設定值時，sim900a通過發送AT指令和數據，將事先設定的報警內容發給指定聯系人，其他裝置將相應引腳電平置為設定電平，進而進行處理。當濃度降低到設定值之后，聲光報警關閉，排氣扇繼續工作。

4.結束語

本文介紹了用STM32核心板與MQ7一氧化碳煙霧傳感器、MQ4甲烷煙霧傳感器、DHT11溫濕度傳感器、OLED M096-ZK屏幕、SIM900A短信模塊、聲光報警模塊、繼電器、風扇等相連接，將各個模塊采集到的數據顯示出來，當有害氣體濃度達到預警值時進行報警和處理，確保第一時間通知到指定人員，極大的解決了普通居民對氣體泄漏的困擾，具有較強的實用性。

參考文獻：

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基金項目： 北方民族大學2019年自治區級大學生創新創業訓練計劃項目階段性成果，項目名稱：有害氣體短信報警器;項目負責人：賈玉鑫;項目編號：S2019-11407-019

作者簡介：

賈玉鑫（1998-），男，本科，就讀于北方民族大學電氣信息工程學院。

指導老師：張怡