便攜式有害氣體檢測儀的設

摘 要：文章介紹了一款基于51單片機，使用MQ系列傳感器開發而成的便攜式有害氣體檢測儀。該設計完成了對甲烷、酒精和煙霧的檢測任務。本設計能夠設定各種有害氣體檢測的濃度限制，在某一個或者全部超過設定值時通過語音及短信報警。本設計硬件電路比較簡單，操作方便，適用于任何場地。

關鍵詞：單片機；有害氣體檢測；MQ系列傳感器；語音報警；短信提示

1 基于單片機的室內有害氣體檢測儀器設計

需求分析：隨著人們生活水平的提高，越來越多的人對室內環境狀況提出了更高的要求。人們必須時刻了解室內各項氣體的綜合指數，是否能夠滿足人們的生活工作要求。本設計使用傳感器對有害氣體檢測為主要手段，對有害氣體進行數據采樣后通過微處理器進行成分和濃度分析，根據預設值可在本地進行數據顯示和聲光報警，同時將數據通過手機短信反饋到用戶手中。

2 硬件介紹

2.1 MQ系列傳感器

MQ系列傳感器的敏感材料是活性很高的金屬氧化物半導體，根據在空氣中加熱金屬氧化物到達一定溫度，金屬氧化物半導體表面的電子就會轉移到吸附氧上，氧原子就會編程氧負離子，半導體的表面形成一個正的空間電荷層，致使金屬氧化物表面勢壘升高，進而能夠阻礙電子流動的原理制作而成。

MQ-2氣敏元件由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感層，測量的電極同加熱器組成的敏感元件被固定在塑料或者不銹鋼制材料做成的結構之中，溫度加熱器能夠為氣敏元件提供必要的工作溫度。

MQ-3型煙霧傳感器由微型Al12O3，陶瓷管和二氧化硅敏感層、測量電極和加熱器構成的敏感元件固定在塑料或者不銹鋼材料制作而成的的腔體內，加熱部分為敏感元件的工作提供了必要的工作溫度。

MQ-5氣體傳感器所使用的氣體敏感材料是在清潔空氣中電阻率較高的二氧化錫（SnO2）。

2.2 設計主控：STC12C5A60S2單片機

本設計使用STC12C5A60S2單片機來作為控制單元。該單片機是高速、超強抗干擾以及低功耗的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統的8051，但是速度卻是傳統8051單片機的8-12倍。

2.3 LCD12864液晶顯示器

LCD12864的顯示分辨率為128×64，內部含有8192個16*16的漢字并且還有128個由16*8點ASCII字符集.使用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，能夠完成全中文人機交互圖形界面。低電壓工作、低功耗是LCD12864的又一明顯優點。

2.4 短信模塊及語音報警模塊簡介

SIM900A是SIMcom推出的一款緊湊型屬于雙頻GSM/GPRS模塊，完全采用SMT封裝形式。采用工業標準接口，工作頻率為GSM/GPRS 850/900/1800/1900MHz可以低功耗實現語音、SMS、數據和傳真信息的傳輸。SIM900A的尺寸大小為24*24*3mm。

ISD4004語音系列芯片是美國ISD公司推出的產品，單片錄放時間8至16分鐘，音質好，外圍電路簡單等特點，適用于移動電話及其他便攜式電子產品中。芯片采用CMOS技術，內含振蕩器、防混淆濾波器、音頻放大器、濾平滑波器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。

2.5 電源部分

本設計中的電源部分由LM2596開關電壓調節器完成。固定輸出版本有3.3V、5V、12V。可調版本可以輸出小于37V的各種電壓。該器件在特定的輸出電壓和輸出負載的條件下，輸出電壓的誤差可以保證在±4%的范圍內，震蕩頻率在±15%的范圍內；僅用80uA的待機電流。在外部斷電的情況下，具有自我保護電路。

3 電路整體設計

3.1 電源部分

各部分直接電源模塊選擇相應電壓相連保證正常工作，MQ氣體傳感器部分應接兩組電源。第一組電源的作用是加熱作用，為了調整傳感器某一種氣體靈敏度，具有調零作用。第二組是用來做基準電壓的同單片機的工作電壓要取相同的值。

3.2 傳感器部分

本設計中采用的MQ系列傳感器，能夠將敏感信號轉換為電壓信號，同時STC單片機能夠直接將模擬信號在P1端口轉換為數字信號。通過程序檢測轉換結束標志位，即可完成檢測部分。

3.3 濃度顯示部分

P0組IO口用來接到LCD12864上，其中RS RW E 分別接在P20 P21 P22口，本設計選擇的是LCD12864并聯數據傳輸的方式，較串聯DATA傳輸有編程簡單的優勢。LCD直接同單片機的電源并聯。保證5V的工作電壓。

3.4 語音、短信報警部分

SIM900短信模塊的工作方式為穿行通訊模式。將波特率設為9600。同單片機的串口連接。同時供電部分同電源模塊的5V相連。在模塊上電前，一定要將SIM插入插座。本設計中采用的SIM900A模塊是2G模塊。

3.5 ISD4004介紹

ISD4004的工作方式為高電平觸發某一信號。本設計中設有三組聲音甲烷、酒精和煙霧。選取三個通用IO連接，由于語音模塊的工作電壓為9V，所以不能和單片機同源。

4 結束語

本設計已完全可以滿足設計的基本要求。雖然本設計中僅僅檢測了甲烷、酒精和煙霧。但是根據本設計的思路，完全更換傳感器檢測其他濃度。

參考文獻

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