基于GSM嵌入式燃氣安防報警系統的設計

李校紅

（西安歐亞學院,西安,710065）

基于GSM嵌入式燃氣安防報警系統的設計

李校紅

（西安歐亞學院,西安,710065）

借助現代家居設計的理念、采用AT89S51作為主控芯片，設計出了對信號的采集和報警，并具有聲光報警、關系燃氣閥門以及啟動家庭通風機等聯動的裝置。同時通過該系統的無線通信功能，可快速給用戶發送短消息，從而實現用戶不在家時的緊急報警處理。

AT89S51；嵌入式；安防報警系統

目前在燃氣報警系統中廣泛使用的氣體探測器則主要分為獨立式和聯網式兩種。其主要的功能是在室內的燃氣發生泄漏并超過設定值的時候，系統則會出現聲光報警。而聯網式的報警系統還可通過進行遠程聯網報警。

1 系統設計思路

我國現在家用的燃氣主要分為煤氣和天然氣，兩者之間的主要成分則為一氧化碳和甲烷。因此，本報警系統中的外圍的氣體傳感器選擇分別選擇MQ-4型甲烷與MQ-7型一氧化碳傳感器。上述的兩類傳感器都屬于靈敏性比較高的半導體材料制成，具有高靈敏度、長壽命、大電信號輸入和較高的穩定性等特性。外圍傳感器隨著氣體濃度的變化，其傳感率也在變化，導致其輸出的電信號也隨著濃度的變化而在不斷變化，并將信號傳輸到主控芯片。通過外圍數據信號的采集，將相關信號傳輸到主控芯片，主控芯片AT89S51再根據設定的軟件程序，將變信號轉變為濃度，當濃度的大小超過系統設定的濃度值時，其自動啟動關閉閥門、聲光報警裝置和打開通風裝置，并將泄漏信息傳遞給用戶，以方便用戶不在家的時候，及時對事故進行處理。系統整體的設計如圖1所示。

2 硬件系統的設計和實現

2.1 AT89S51單片機設計

通過比較，我們采用由ATMEL公司生產的AT89S51主控芯片，因為該芯片具有低功耗、高性能的CMOS的8位微控制器。同時該硬件系統具有4K的flash存儲器，可對其進行編程控制。其具體的引腳分配圖如圖2所示。

通過上述的設計，MQ-4和MQ-7傳感器連接運放電路，通過LCM458放大器將因濃度變化轉換成電壓信號，并與主控芯片中的引腳P11、P12連接，P10上接電位復電。同時晶振接X1、X2,并且其頻率變化在0~12 Mbps, P00、P01、P02三個引腳分別接聲光報警裝置、外圍的電磁閥門開關以及通風裝置，當系統發生氣體泄漏，同時其泄漏的濃度超過標準值之后，則自動連接并打開。同時為實現該模塊設計的無線通訊功能，在主控芯片的UART1處的RXD與TXD連接無線通信模塊。而在連接連接無線通訊模塊之前，連接MAX232其主要的目的是通過主控芯片AT89S51中電壓信號的變化而產生的邏輯控制規則，對RS-232通信接口進行驅動，并通過ZXGM18模塊將短消息發送給用戶。

圖1 報警系統整體設計

2.2 無線通訊模塊設計

在該設計中，我們采用ZXGMl8無線調制器，主要是為短信息的發送和數據的交換提供接口。ZXGM18作為通信模塊，其具有完整的射頻電路和GSM基帶處理器。該模塊可支持雙頻工作模式；內置/外置SIM連接器，內外置均支持采用3VSIM卡，外置還可支持5VSIM；支持電源電壓為3.6V~4.5V；發射功率為發射功率：CLASSA(2W)／EGSM900，CLASSA(1W)／GSM1800等特性，其性能基本可以滿足系統的簡單需求。

2.3 聲光報警裝置設計

聲光報警裝置主要是由放大器、保護電阻、振鈴和發光的二極管組成。當系統將實際采集到的燃氣濃度大于系統設定的標準值時，主控芯片端的P00端則會發出相應的電平信號，并通過放大器對信號的放大作用，驅動二極管和蜂鳴器進行報警。

2.4 電磁閥門開關控制

電磁閥開關主要是由電解電容（4.7U／25V）、繼電器、電磁閥以及放大器共同組成。當采集到的濃度大于系統設定的濃度，系統的P01引腳會發布高電平信號，并通過放大器將信號傳輸的繼電保護器，再由繼電保護裝置發動高電平信號給電磁閥，電磁閥在根據其中產生的磁場將開關關閉，從而切斷家庭天然氣或者煤氣的使用，以此保證安全。

2.5 通風裝置設計

通風機裝置的設計與上述的標準一樣，當其濃度過大超過設定濃度的時候，主控芯片會輸出高平電，并通過繼電保護控制開關。

圖2 AT89S51主控引腳圖

3 軟件設計

在外圍的信號采集系統MQ-7、MQ-4等采集到相關的信號之后，將實際所采集到的燃氣的濃度通過運放電路將濃度的變化轉變成電壓信號。而當采集到 濃度超過設定的標準值后，通過P10引腳口將電壓信號輸入主控系統，而主控系統在收到電壓信號之后，則開始工作。而當采集的濃度的量小于設定的值后，引腳P10則會反復的檢測，直至其輸出高電平信號為止。在主控系統輸出高平電壓信號之后，分別通過引腳接口輸出相應的操作，如聲光報警系統、驅動繼電保護，以此切斷電磁閥。

通信信號則通過MAX232與無線通信模塊ZXGM18連接，并向無線通訊模塊發送AT的命令，以此啟動無線通信工作。

4 結束語

燃氣報警裝置作為現階段居民安全用氣中常用的裝置，對保護居民安全具有非常重要的意義。本文實現了將濃度轉換為電壓，通過主控程序控制電磁閥、聲光裝置和通風通氣裝置的啟動，并通過GSM網實現對用戶的短信息發送，從而使得用戶可隨時對煤氣或天然氣泄漏進行處置。

郝磊. 嵌入式家居環境監測系統設計[D].電子科技大學,2013.

李校紅，女，1976，湖南省，講師，研究方向：網絡通信、嵌入式

Embedded design GSM security alarm system based on gas

Li Xiaohong
(Xi'an Eurasia University,Xi'an,710065)

With modern home design ideas,using AT89S51 as the master chip,designed for signal acquisition and alarm,and with sound and light alarm,the relationship between the gas valve and start the linkage Family fan and so on.At the same time via the wireless communication function of the system,you can quickly send a short message to the user,enabling emergency alarm processing when the user is not at home.

AT89S51;embedded;security alarm system

陜西省教育廳科學研究計劃資助項目（2013JK1069）