民用建筑燃氣安全監控系統設計探微

李朝仁 林存英

摘要：在我國經濟不斷高速發展的過程中，建筑業不斷完善，但其中民用建筑燃氣泄漏仍是人身傷害與火災隱患的重要事故源頭。防火、防爆設備是迫切需要一種防火防爆設備來避免這種事故的發生以盡量減少事故發生后造成的損失。本文對民用建筑燃氣安全監控系統設計進行了簡要的分析，希望同行業者相互共勉，也希望為民用建筑中的燃氣安全出一份力，盡一份心。

關鍵詞：防火防爆；檢測；單片機；GSM模塊

1 系統設計

1.1 單片機最小系統

現如今，單片機的最小系統主要有以下三部分構成，分別是STC12C5A60S2單片機、復位電路和時鐘電路。復位電路有電阻、復位按鈕和電容組成。時鐘電路有兩個30PF的電容和11.0592M的晶振組成。復位電路的設計。所謂復位也就是單片機的初始化操作。在單片機啟動之前，需要復位。這樣可以使CPU，還有其它部件處于一個確定的狀態。單片機從這個初始狀態開始工作。所以說對于整個系統來說，復位操作是非常重要的。它需要相關的外圍電路去實現。單片機時鐘電路。單片機內部時鐘電路的工作方式大致可以分成兩種：第一種是內部R/C震蕩時鐘，第二種是外部晶振時鐘。由于本系統串行通信對時鐘要求高，所以采用外部晶振時鐘。時鐘電路兩個端口分別接單片機XTAL1和XTAL2引腳。

1.2 煙霧傳感器電路

檢測CO的濃度用MQ-2傳感器。傳感器的1、2、3腳并聯后接到+5V的電源上。4、6腳并聯后接電阻R6，最后接到單片機輸入端P1.1。而5引腳直接接地。因為檢測得到的信號比較小，必須經過放大和調理。所以用電阻R6來調節輸出信號的大小。當環境中CO濃度比較低，H-H兩級電導率比較低，電壓比較小，而輸出電壓就比較大。根據CO濃度和輸出電壓關系知，當CO濃度為300PPM，輸出電壓為1V。設定濃度超過300PPM，系統就報警。

1.3 溫度傳感器電路

溫度模塊由DS18B20、R3組成，其中R3屬于上拉電阻。這個溫度傳感器屬于數字式傳感器，可以很方便的直接讀出溫度值。由于DS18B20對時序的要求很嚴格，所以在對DS18B20進行讀、寫數據時，要先將單片機的一切中斷源關閉，不允許單片機響應中斷，以免因單片機響應中斷，執行中斷程序，從而打亂1-wire協議對時間的嚴格要求。DS18B20測量溫度范圍為-55～+125℃，測溫精度0.5℃，完全滿足對家居環境溫度的測量要求。它可以直接將溫度轉換值以16位數值碼的方式輸出。根據溫度和數字量的關系，當溫度為30℃時，輸出的16位數字碼是003BH。設定室內溫度超過30℃，系統就報警。

1.4 可燃氣體傳感器電路

本設計中使用的可燃氣體傳感器為QM-N5。此傳感器是電阻型半導體氣體傳感器。它的原理是當有可燃氣體產生時，氣體就會在半導體表面發生化學反應。此反應一旦發生，就會使相應的電阻發生變化。假如A、B為測量極兩端，R8為負溫度系數熱敏電阻。因為溫度變化就會引起QM-N5傳感器出現偏差，而R8恰好可以補償這一偏差。當空氣中不含可燃氣體時，A、B兩端電阻很大，輸出電壓U0幾乎為零。當空氣中含有可燃氣體時，A、B間電阻減小，輸出電壓增大。因為從U0輸出的電壓很小，因此必須經過LM324進行適當的放大。然后將所得電壓送入單片機中帶有A/D轉換功能的接口，進行轉換和數據處理。根據可燃氣體濃度和輸出電壓關系，當可燃氣體濃度為200PPM，輸出電壓為0.5V。設定可燃氣體濃度超過200PPM，系統就報警。

1.5 GSM模塊

本設計的GSM模塊采用Siemens公司的TC35i模塊，西門子GSM模塊是一個支持中文短信息的工業級GSM模塊，工作在EGSM900和GSM1800雙頻段，電源范圍為直流3.3-4.8V。TC35i模塊有40個引腳，通過一個ZIF連接器引出。這40個引腳可以劃分為5類，即電源、數據輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制。TC35i的第1-5引腳是正電源輸入腳，第6-10引腳是電源地。11、12為充電引腳，可以外接鋰電池，13為對外輸出電壓（共外電路使用），14為ACCU-TEMP接負溫度系數的熱敏電阻，用于鋰電池充電保護控制。15腳是啟動腳IGT，系統加電后為使TC35i進入工作狀態，必須給IGT加一個大于100ms的低脈沖，電平下降持續時間不可超過1ms。16～23為數據輸入/輸出，分別為DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。18腳RXD、19腳TXD為TTL的串口通訊腳，需要和單片機或者PC通訊。TC35i使用外接式SIM卡，24-29為SIM卡引腳，SIM卡同TC35i是這樣連接SIM上的CCRST、CCIO、CCCL、CCVCC和CCGND通過SIM卡閱讀器與TC35i的同名端直接相連，ZIF連接座的CCIN引腳用來檢測SIM卡是否插好，如果連接正確，則CCIN引腳輸出高電平，否則為低電平。TC35i的第32腳SYNC引腳有兩種工作模式，一種是指示發射狀態時的功率增長情況，另一種是指示TC35i的工作狀態，本模塊使用的是后一種。當LED熄滅時，表明TC35i處于關閉或睡眠狀態；當LED為600ms亮/600ms熄時，表明SIM卡沒有插入或TC35i正在進行網絡登錄；當LED為75ms亮/3s熄時，表明TC35i已登錄進網絡，處于待機狀態。30、31、32腳為控制腳，其中30為RTC backup，31為Power down，32為SYNC。35-38為語音接口，35、36接揚聲器放音。37、38可以直接與駐極體話筒連接來采集聲音。單片機通過I/O口控制TC35i的開關機、復位等，通過串口與TC35i進行數據通信。在實際的應用中TC35i與SIM的連接就可以可實現短信的收發。

1.6 通風機控制電路

本文所描述的通風機電路主要由三極管、光電耦合器、發光二極管、線圈和通風機組成。具體的工作原理是單片機從P2.1輸出一個高電平使Q7導通，接著光敏三極管導通，同時Q6導通，因而繼電器的線圈K1通電，繼電器接觸點閉合，使交流220V電源接通，通風機開始工作。反之，P2.1輸出低電平時，繼電器觸點斷開。本系統的軟件設計以C語言為基礎。系統主程序流程主要為開始→系統初始化→讀取三種傳感器所測參數→報警子程序→鍵盤掃描→判斷鍵值→調用顯示數據子程序→讀取三種傳感器所測參數......。主程序是一個無限循環的程序，通過對各個模塊的合理調用實現對參數的測量、比較、報警和顯示。具體工作原理是上電后系統初始化，單片機迅速檢測到被測參數，并且存儲起來，在這個過程中包括A/D轉換。然后啟動報警子程序，判斷是否越限，越限就報警30s，同時發送短信到主人手機，接著判斷鍵值。如不越限，直接判斷鍵值，顯示相應的數據。接著返回繼續讀取三種傳感器的數值，依次循環。

2結束語

在本設計選用的GSM模塊是西門子生產的TC35i。它是一款高度集成的短信模塊，其體積小且重量輕，被廣泛應用。顯示器采用國產的4位動態顯示數碼管3461LED。它的優點是與單片機連接方便、占有的I/O口少、驅動簡單、穩定性好和綠色環保。

參考文獻：

[1] GB 50028-2006.城鎮燃氣設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2006.

[2]張正本.社區燃氣爆炸的防治[J].現代物業，2010（4）：96-97.

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