一個(gè)簡(jiǎn)易的智能家居煤氣報(bào)警器的設(shè)計(jì)

薛云飛　徐凱　黃智偉　劉華健　李少帥　余久久

摘要：設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的、基于單片機(jī)的智能家居煤氣報(bào)警器。以單片機(jī)AT89C52作為報(bào)警器的主控制器，控制系統(tǒng)電路。以周圍氣體和溫度傳感器為輔，實(shí)現(xiàn)對(duì)泄露氣體和溫度的檢測(cè)。報(bào)警器的設(shè)計(jì)采用了模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，通過數(shù)碼管晶體顯示器可顯示氣體濃度及室內(nèi)溫度，并且采用移動(dòng)無線通信技術(shù)能將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到手機(jī)客戶端，從而起到報(bào)警功能。

關(guān)鍵詞：煤氣報(bào)警;單片機(jī)AT89C52;數(shù)碼管晶體顯示器;無線通信技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）06-0236-02

Abstract：Design of a simple smart home gas alarm based on Single Chip Micyoco （SCM） of AT89C52 as the alarm control system circuit. The detection of leakage gas and temperature is realized by surrounding gas and temperature sensor. The design of alarm adopts the analog-to-digital conversion circuit， which can display the gas concentration and indoor temperature through the digital transistor display， and adopts the mobile wireless communication technology to transmit the data to the mobile phone customer service terminal in real time， thus playing the alarm function.

Key words：gas alarm; SCM of AT89C52; digital tube crystal display; wireless communication technology

1 引言

隨著人們經(jīng)濟(jì)生活和科技水平的提升，現(xiàn)在城鎮(zhèn)居民大都住上了高樓大廈，人們的安全問題也越來越受到人們的重視。但是，在多數(shù)農(nóng)村以及一些城市周邊地區(qū)，用戶日常生活使用管道氣體（如煤氣、天然氣）、罐裝液化氣等還是非常常見?？扇夹詺怏w給我們帶來的方便不言而喻，但它們對(duì)人體的危害也是顯而易見的，為了人們生命安全，防止因燃?xì)庑孤?dǎo)致濃度過高而引起的煤氣中毒和爆炸事件，為人們提供安全保障，減少不必要的財(cái)產(chǎn)損失煤氣泄漏報(bào)警器的存在是非常重要的。本文設(shè)計(jì)一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易、使用輕便的基于手機(jī)客戶端智能家居煤氣報(bào)警器，能夠?qū)χ車鷼怏w的溫度及濃度方面進(jìn)行的檢測(cè)，并提供聲音預(yù)警，以保障居民生活安全。

2 總體功能設(shè)計(jì)

2.1 報(bào)警器主要功能介紹

1）氣體檢測(cè)：氣體檢測(cè)主要將燃?xì)庑孤顟B(tài)轉(zhuǎn)化為高低電流信號(hào)，單片機(jī)接收信號(hào)，操控改變報(bào)警器的工作狀態(tài)。

2）溫度顯示：運(yùn)用溫度傳感器，從單片機(jī)I/O接入，在數(shù)碼管上顯示該狀態(tài)下的溫度值。

3）信息傳送：要求報(bào)警器設(shè)計(jì)的性能可靠，經(jīng)濟(jì)合理。當(dāng)出現(xiàn)周邊氣體（如煤氣、天然氣、液化氣等）泄漏時(shí)，報(bào)警器能及時(shí)報(bào)警，將報(bào)警器的信息傳送到用戶手機(jī)的客戶端。

2.2 設(shè)計(jì)方案

該方案包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。整體是對(duì)溫度傳感器，氣體傳感器構(gòu)成前端檢測(cè)模塊，經(jīng)信號(hào)處理電路后將檢測(cè)的信號(hào)傳送給單片機(jī)AT89C52主控制器進(jìn)行比較判斷，當(dāng)溫度或氣體濃度超過設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)報(bào)警，及時(shí)將信息反饋給手機(jī)客戶端[2]。報(bào)警器的總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

3 主要硬件設(shè)計(jì)

本報(bào)警器的硬件設(shè)計(jì)主要基于單片機(jī)設(shè)計(jì)方案，采用具有低電壓，高性能COMS 8位AT89C52單片機(jī)片，里面有8KB的可反復(fù)修改的程序存儲(chǔ)器M，擁有高密度、不易丟失性存儲(chǔ)技術(shù)，適合MCS-51的指令系統(tǒng)，內(nèi)置8位通用中央處理器CPU和 Flash 存儲(chǔ)單元[1]。以下對(duì)報(bào)警器的主要硬件模塊做簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)介紹。

3.1 MQ-2氣體傳感器感應(yīng)模塊

當(dāng)信號(hào)的數(shù)值符合A/D轉(zhuǎn)換器的輸入等級(jí)時(shí)，可以不用放大器放大;當(dāng)信號(hào)的數(shù)值不符合A/D轉(zhuǎn)換器的輸入等級(jí)時(shí)，就需要放大器放大。所以MQ-2氣體傳感器要想把采集到的氣體濃度模擬信號(hào)傳送給單片機(jī)控制器就必須經(jīng)過將模擬信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為可以識(shí)別的電信號(hào)給單片機(jī)。

3.2 DS18B20 溫度傳感器感應(yīng)模塊

DS18B20 溫度傳感器感應(yīng)模塊的設(shè)計(jì)以AT89C52 單片機(jī)作為控制核心，高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EEPRAM。后者用于存儲(chǔ)TH，TL值。數(shù)據(jù)先寫入RAM，經(jīng)校驗(yàn)后再傳給EEPRAM。智能溫度傳感器DS18B20為控制對(duì)象，用數(shù)碼轉(zhuǎn)換以實(shí)現(xiàn)。

3.3 A/D轉(zhuǎn)換模塊

ADC0832為8位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，分辨率高達(dá)256級(jí)，一般的模擬量的轉(zhuǎn)變均適合，參考電壓與內(nèi)部電源的復(fù)用，芯片電壓輸出在0-5V之間，只需32μs的轉(zhuǎn)換時(shí)間。數(shù)據(jù)檢驗(yàn)通過雙數(shù)據(jù)輸出，縮減了誤差，穩(wěn)定性強(qiáng)，而且速度快，控制更加方便，通過DI數(shù)據(jù)輸入端解決通道功能的選擇。

3.4 按鍵控制模塊

本部分采用三個(gè)按鍵，分別是設(shè)置確定鍵、加鍵、減鍵，接入單片機(jī)的P3口，引腳分別為15腳、16腳、17腳。因此可以設(shè)置報(bào)警濃度的上限值。

3.5 蜂鳴器報(bào)警模塊

蜂鳴器通過三極管基極串聯(lián)一個(gè)1k的電阻與單片機(jī)P2.0端口相連接，從而可以達(dá)到控制蜂鳴器報(bào)警的效果。

3.6 數(shù)碼管顯示模塊

顯示模塊四位共LED數(shù)碼管構(gòu)成。內(nèi)部的4個(gè)數(shù)碼管公用a～dp8根數(shù)據(jù)線，因?yàn)槔锩嬗?4個(gè)數(shù)碼管，所以它有4個(gè)公共端，a～dp12個(gè)引腳。a～dp8根數(shù)據(jù)線串聯(lián)上拉電阻后正好接到單片機(jī)P0口，公共端接三極管實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描，將單片機(jī)處理好的信號(hào)輸出顯示到數(shù)碼管屏幕上。

3.7 時(shí)鐘電路模塊

時(shí)鐘電路相當(dāng)于一個(gè)振蕩器，提供一個(gè)節(jié)拍給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)節(jié)拍進(jìn)行各種操作。單片機(jī)中 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出，本設(shè)計(jì)中選用的是石英晶振匹配電容，接入單片機(jī)的XTAL1和XTAL2共2個(gè)引腳，構(gòu)成時(shí)鐘電路的輸入[3]。

3.8 無線通信模塊

無線通信主要采用TC35模塊來設(shè)計(jì)，通過串口接入電路與單片機(jī)控制模塊相連，主要采用GSM（全球移動(dòng)通信系統(tǒng)）的短信功能，采用單片機(jī)控制GSM發(fā)送GSM短信的方式，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離報(bào)警的功能。主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離報(bào)警的功能。通過設(shè)置以下AT指令，GSM模塊可以發(fā)送短消息等[4]。

4 系統(tǒng)調(diào)試

本報(bào)警器的系統(tǒng)調(diào)試流程如圖2所示。

5 結(jié)束語

本文簡(jiǎn)單介紹了一個(gè)簡(jiǎn)易的、基于單片機(jī)的智能家居煤氣報(bào)警器的設(shè)計(jì)過程，可以用于模擬家庭氣體泄漏報(bào)警（預(yù)警）功能。本次設(shè)計(jì)是基于一個(gè)比較簡(jiǎn)單的單片機(jī)設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)煤氣泄漏報(bào)警功能。今后在該報(bào)警器的基礎(chǔ)上將針對(duì)性地進(jìn)行各類氣體及濃度試驗(yàn)，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到空氣中的濃度超過我們手動(dòng)設(shè)置的上限值時(shí)，單片機(jī)就會(huì)控制蜂鳴器報(bào)警發(fā)出尖銳的響聲，并且控制數(shù)碼管閃爍報(bào)警，從而保障人們居家生活安全。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李群芳.肖看，關(guān)新，等.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)[M].5版.北京：電子工業(yè)出版社，2015.

[2] 劉明，陳建雪，王凱躍，等.基于GSM的智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].黑龍江科技信息，2016（34）：55.

[3] 梅麗鳳.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].4版.北京：清華大學(xué)出版社，2018.

[4] 陳寧波，馮彩虹，蔡凌云，等.基于GSM短消息的家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].河北工業(yè)科技，2013（2）：104-108.

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