基于單片機的氣體檢測報警器

李悅，董莉霞

摘要：該文介紹實現溫室有害氣體自動監測和蜂鳴器提示報警的溫室環境有害氣體智能檢測和預警系統。自動檢測部分就是利用傳感器來檢測溫室環境中的有害氣體的濃度，把檢測到的結果傳送給單片機。在一臺單片機內部設置好溫度報警閾值，并與輸入單片機溫度的數值相同進行了比較，當溫度超過了預設溫度報警閾值時，蜂鳴器自動報警，有害溫度和空氣濃度的數值就會在 LCD電腦的顯示屏上清晰地顯示。同時顯示出來的還有當前輸入單片機內的頻率值和有害氣體報警范圍。該系統還可手動調節報警閾值，調節結果在顯示屏上顯示極為方便和簡單。

關鍵詞：傳感器;放大電路;A/D轉換;報警系統;溫室

中圖分類號：TP311? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）34-0125-02

當下人們在社會日常生活中對于信息質量的高度重視普及程度已經越來越多。在這種情況下，溫室被廣泛使用，特別是作為生活的一部分。無論是蔬菜種植還是花卉種植，對溫室環境的要求都很嚴格，特別是有害氣體的影響尤為明顯，因此，溫室大棚內適宜的有害氣體對蔬菜的正常生長及產量極其重要。在市場上針對這一情況，各企業和制造商開發了多種溫室環境的報警系統。溫室的大規模廣泛使用，它不論是在技術上還是在使用上都得到了很大提高，并日趨成熟。本課題設計的溫室環境有害氣體監控報警系統，在除能滿足對溫室實施監控報警外，使用更簡單化，并且能保證很好的靈活性，準確性和較低的成本，是建立在目前市場上常用的監控報警系統的基礎上，設計出的一款更好的監控報警系統[1]。

1系統方案設計

1.1設計要求

設計一個簡單且實用的溫室氣體質量檢測和報警系統，要求可以檢測兩種以上溫室氣體質量指標，并且能實時檢測顯示，超過閾值報警提醒，成本低，性能穩定。

1.2系統的總體框圖

該報警器系統總體結構示意圖設計如圖1所示，該系統以微機單片機為基礎和核心與外圍控制電路共同實現了信號采集、時刻顯示、狀態表現、濃度顯示、聲音報警及閃爍、四個按鍵輸入以及故障自檢等多種功能。報警控制系統是采用巡檢的一種工作模式，進行兩級報警值的控制，發出不同的燈光以及噪聲信號[2]。該監控系統中用戶應當首先選擇一臺類型屬于采用微機監控系統的新型報警高性能監控單片機，要求能夠實現各種類型自動化報警測量，具備高測量精度、功耗低，測量結果準確率高，通用性好，為了盡量保證各種類型報警測試儀表的測量準確性和測量可靠性，而且盡量保證使用軟件成本低，體積小，這樣就更加安全有利于有效縮短各種報警檢測儀表的設計使用維護時間，降低各種類型報警檢測儀表的設計制造安裝成本。

2 系統硬件設計

2.1傳感器

該傳感器主要是把空氣中有害物質的含量通過轉換成電信號而產生的。這項研究的結果使開發一種測量各種氣體產生的煙氣中氣體含量的方法成為可能。由此可以看出，傳感器是有害氣體檢測報警設備的基本部件和中心。所使用的各種傳感器在使用現場的影響下，各種環境和大氣條件艱苦，尤其是固定式儀器的傳感器長期連續工作運行，并限制使用防爆和電源，這樣會對有害氣體傳感器的要求更加嚴格。

2.2放大電路

因為傳感器輸出信號通常是低功率的信號（一般小于μv 量級），也必須通過調節電路中的信號電壓水平來對其進行非線性的放大和處理，以滿足 A / D 轉換電路應用對于信號電平的必要，以 LM747J為設計核心的一個集成式運算放大器電路，與電阻電容相互配合來完成對于信號電平的非線性調整和放大。同時，電路也采用外部自動調零的溫度控制模式，保證傳感器輸出信號的精度、可靠性和穩定性[3]。

2.3 A/D轉換

鑒于氣體傳感器輸出的是模擬量，需要經過ADC0832模數轉換后才能在液晶屏上顯示，本論文選用目前流行使用的ADC0832芯片，該芯片操作方便，代碼簡單，易于操作。

2.4 單片機

單片機就像是一種簡稱的單片微機，它將一臺微機中的大多數計算工具集成到一個獨立的單片機上。鑒于考慮到該系統使用所需的程序和數據空間相對較大，因此我們選擇了 AT89S52單片機。它采用了一種帶有電可摩擦的金屬材料，燒錄次數更高，而且持續時間也更短，可以給許多其他集成化的應用帶來更高的靈活性和更加成本效益的解決方案。

2.5 蜂鳴器報警

報警系統選用的是有源蜂鳴器，高于設定的閾值報警提示，低于閾值停止發聲。

3 系統的軟件設計

系統采用模塊化設計思路，各個模塊相互獨立，程序模塊包括初始化程序，溫室中有害氣體的數據采集程序，模數轉化程序，顯示程序和報警程序[4]。模塊設計的優點是方便調試、移植和擴展。

3.1系統總體流程圖

系統的總體流程圖如圖2所示：

系統在初始化之后，溫室中有害氣體的傳感器將檢測到相應有害氣體的數值傳遞給A/D轉換器ADC0832，將模擬量轉換成數字量，顯示在LCD1602顯示屏上，并進行判斷是否超過閾值，超過的話則指示燈顯示狀態且蜂鳴器報警，系統最終報警圖如下所示。

4 結語

設計了一套以 AT89S52單片機為基礎和核心并通過外接其他芯片的便攜式計算機監視和監控系統，利用氣體傳感器和光觸媒技術的操縱機制優勢出發，研制和完成了一套適用于室內空氣中有害氣體的監視和監控的便攜式室內有害氣體檢查監測儀。該檢測系統既針對溫室內空氣中多種有害化學物質的濃度進行了檢測，又根據自身檢測結果向后繼電路發出了相應的報警信息，然后通過控制自動后繼電路開始發生相應的動作，而且其穩定性好，精度高，體積小，使用方便。

參考文獻：

[1] 賈亮.基于單片機的甲烷濃度檢測器設計[D].沈陽：沈陽航空航天大學，2020.

[2] 任天鵬.多功能一氧化碳檢測報警裝置[D].哈爾濱：哈爾濱理工大學，2020.

[3] 黃國凱，張郡夫，呂海玉，等.基于單片機的廚房致癌氣體及油溫檢測系統[J].物聯網技術，2020（12）：30-31.

[4] 徐蘭.基于單片機的智能溫度檢測控制系統設計[D].天津：天津工業職業學院，2020.

【通聯編輯：梁書】