基于單片機的一氧化碳報警系統的設計與實現

張志昂，張窩羊

（漯河食品職業學院，河南 漯河 462000）

在北方的冬天，因為天氣非常嚴寒，所以人們會取暖。我們經常可以在農村地區見到用爐子的方式來取暖，爐子里燃燒的是煤，而煤的燃燒會產生一氧化碳，假如濃度過高的話，就會對人體產生危害。一氧化碳和氧氣相比，可以直接和血紅蛋白融合，所以會產生碳化血紅蛋白，導致血紅蛋白喪失結合氧氣的能力，而沒有了氧氣的話，人體就會出現各種不適應，不能呼吸，就會使人窒息而死亡。而且就算不會窒息死亡，如果濃度過高的話，對人體的大腦皮層也會產生極大的危害。所以經過分析，設計一款能夠自動檢測一氧化碳濃度，并且在濃度超標的時候，可以及時報警，同時把一氧化碳排出的控制系統是非常必要的。

采用51單片機技術設計了一個一氧化碳報警系統，該系統能夠采集，測量一氧化碳濃度，并能通過LCD1602顯示濃度信息，通過單片機的運算，能夠控制室內一氧化碳濃度，不讓它超標。如果濃度超過用戶設定的濃度，就會控制排氣扇，來降低一氧化碳濃度。在最大程序上，保護人體的生命安全問題。

1 方案設計

1.1 系統總框圖

本文的核心器件包含有單片機、MQ-7一氧化碳檢測器，ADC0809模數轉換器、按鍵電路、聲光報警電路、液晶顯示電路和排氣扇電路組成。在實際工作的時候，煙霧濃度傳感器先檢測一氧化碳的濃度，并把濃度信息轉換為電信號。ADC0809將模擬量的電信號轉變成數字信號，且傳播給單片機。單片機通過內部環節的計算，將數字信號轉變成濃度信號，并把濃度值顯示在LCD1602液晶屏幕上。用戶可以通過按鍵來設定濃度的標準值，當濃度超過用戶設定的濃度值以后，就會控制聲光報警模塊進行報警，并且開啟排氣扇，減低一氧化碳的濃度。因此，經過這么一系列的控制，把原本零散的功能，經過單片機的智能控制，就形成了一個新的控制系統。本設計的總體框圖如圖1所示。

1.2 系統功能要求

本系統具體研制一般涵蓋下面眾多部分：（1）實時監測環境內一氧化碳具體濃度值；（2）燈光報警作用：在一氧化碳濃度過高的時候，會出現燈光報警，此外繼電器吸和，促使排氣扇運作，減少一氧化碳濃度值；（3）聲光報警作用：在一氧化碳濃度過高的時候，蜂鳴器報警，此外繼電器吸和，促使排氣扇開啟，減少濃度值。

圖1 系統框圖

2 硬件設計

2.1 主要硬件選型

（1）單片機的選取。目前市場主流的單片機有51系列、STM32系列和MSP430系列等。其中STM32系列單片機內部資源眾多，控制靈活多變，功耗很低的嵌入式開發芯片，在32位的芯片中，是一個絕佳的選擇。MSP430單片機推廣的時間長，因此該芯片在市場上也占有一定的份額。還有一種就是最傳統的8位51系列單片機，51單片機可以兼容8031指令，而且51單片機價格便宜。51系列單片機主要由AT公司生產的單片機和STC（飛利浦）公司生產的為主，并且還有RAM單片機。在本設計中，因為需要控制LCD液晶顯示屏，還需要把鍵盤的輸入指令一塊編譯，從控制要求來說并不算高，因此從控制要求和經濟性來選擇，51系列單片機完全可以滿足控制要求，而且單片機價格便宜。因此在本設計中，選擇了51系列單片機作為了控制芯片。

（2）LCD1602液晶顯示器。通常的顯示器件有LCD液晶顯示器和LED數碼管顯示器。LED數碼管可以顯示數字和一些簡單的字符，可操作性不強，而且數碼管相對比較耗電，因此在眾多的時候不會選擇數碼管作為顯示器件。LCD液晶顯示器不僅可以顯示數字，還可以顯示字符或符號，可操作性比較強。而且操作簡單，程序設計的時候可移植性非常好，功耗比較低，所以本文使用LCD1602液晶顯示器。

2.2 設計的總原理圖

本系統包括51單片機，傳感器模塊，液晶顯示模塊，聲光報警提示模塊，排風扇驅動模塊，按鍵電路。當一氧化碳傳感器檢測到濃度超標時，單片機會接收到信號，經過內部處理與判斷后，會發出報警信號，傳遞給蜂鳴器和閃光燈控制端口。當單片機在蜂鳴器的控制腳將電平拉低時，與蜂鳴器相連的三極管就會導通，此時蜂鳴器得電，發出鳴叫。當濃度超標時，會控制FS端口的電平為低電平，此時三極管導通，繼電器得電，常開觸頭會閉合，再控制排氣扇工作。圖2是系統的總原理圖。

圖2 設計總原理圖

3 結語

論文設計的CO氣體報警器主要將STC89C51當做主芯片，在ADC0809輸入電壓是5V時，輸出數字量值是FFH，最高分辯率是0.0196V。出現的顯示偏差，利用校正0809的基準參考電壓進行處理。總而言之，此系統功能強大，具備測試-顯示-排查主要作用，準確度在性價比高的前提下被較大提升，然而本文能力有限，在具體設計中也出現一定的問題。例如靈敏度較差，對水蒸氣防御水平不高，上述問題都需要在此后進行處理。