基于單片機的燃氣泄漏檢測報警系統概要

杜云飛 何晨 何榕 梁政 任泓羽

摘要：天然氣作為工業發展的重要資源，其在現代生活中扮演的角色越來越重要。現實生活中也不僅僅只有天然氣這一種可燃性氣體，包括液化氣等都是常見的資源[3]。但以近幾年來的新聞報道來看，可燃性氣體帶來的安全事故也時常發生，少有操作不慎或者疏忽都有可能造成煤氣泄漏，引發火災的情形發生，對人民的生命財產安全帶來了極大的破壞。

關鍵詞：單片機，檢測，報警

引言：

基于此，設計一套安全可靠的系統實時監測環境中的可燃性氣體濃度就顯得尤為重要，這也是降低事故發生概率最有效的措施。一方面系統顯示可燃性氣體濃度來提醒屋主，另一方面啟動報警裝置讓屋主警覺，可以很好的防止安全事故的發生。在此背景下應運而生的氣體檢測裝置，正是信息時代的典型產物。傳統的氣體檢測裝置需要通過人工一一進行開啟或者關閉工作，而現代氣體檢測裝置數量越來越多，種類也越加繁多，當用戶回到家中時，勞累的身體還需要對這些氣體檢測裝置一一進行操作，加重了身體的負擔，傳統的模式已經不能夠滿足人們的需求，在這樣的背景下，基于單片機的自動氣體檢測裝置的產生很好的解決了這個問題[1]。

一，系統功能設計

1.1 系統的技術要求

在設計系統結構時，一個關鍵步驟就是要對單片機的技術性能做出選擇，指的是根據系統的性能要求來選擇合適的單片機類型。這就需要結合實際的情形來進行合理的選擇，經過幾十年的發展后，業內對單片機的選型已經基本形成了標準，適用于大部分場合。常用的幾個標準有以下幾種：

（1） 體積小：單片機是系統控制的中心模塊，需要盡量選擇體積小的單片機，減少占用的空間，這樣在系統維護階段也能表現出更好的性能。

（2） 功耗低：功耗問題始終是系統設計必須考慮的一個問題，一般情況下單片機系統都是采用干電池供電。

（3） 可靠性高：此標準指的是單片機系統在完成硬件部分的檢測后能夠在不同環境中表現出相同的性能，受環境影響較小，性能穩定。

1.2系統的組成及方案設計

在設計初期就明確需要完成的功能，如下：

（1） 檢測部分：能夠對環境中的可燃性氣體進行實時監測，并通過顯示屏顯示出來;

（2） 報警部分：當檢測氣體的數據傳輸到單片機主模塊處理后，判斷濃度是否達到上限值，當超過上限值則啟動報警裝備。

在設計系統組成時主要參考的需要完成的功能。因為要對環境中的可燃性氣體進行檢測，因此包含氣體傳感器檢測模塊，接著采集的數據信息需要轉化為數字信息，因此包含AD轉換模塊，數據轉化為數字信息后需要交由單片機進行處理，因此包含核心的單片機模塊，此外，還需要將處理后的濃度信息顯示出來，因此包含顯示模塊，最后，需要將濃度信息與上限值進行對比，超過了上限值需要發出警告，因此還包含報警模塊。

二，燃氣泄漏檢測報警系統硬件

2.1 主控模塊

可燃性氣體檢測報警系統其核心控制模塊為單片機模塊。其核心控制作用主要表現在以下幾個方面：首先，當可燃性氣體檢測模塊檢測好氣體濃度數據后，會將此數據傳輸到單片機模塊進行處理，處理時對單片機的處理性能有較高的要求，需要單片機有較高的處理速度[2]，能夠及時獲取從MQ-5傳感器氣體檢測傳感器部分傳來的數據信息。其次，單片機需要將處理的信息傳送給顯示模塊進行顯示，讓人們能夠清楚的看到此環境中的氣體濃度，達到很好的人機交互效果，方便屋主做好下一步計劃和處理，MQ-5傳感器氣體檢測傳感器模塊、顯示模塊和報警器等模塊進行數據交互。

2.2 燃氣檢測電路的設計

在設計可燃性氣體檢測電路時，由于需要將模擬數據轉化為數字數據，所以需要將MQ-5芯片電路模塊和ADC0809芯片模塊進行統一設計。當MQ-5傳感器檢測到氣體的濃度信息后[3]，會將此模擬數據傳給ADC0809模塊進行數據轉化，ADC0809處理后的數據才能交給單片機進行處理。

2.3 聲光報警提示電路

在實現基本功能之外還需增加一個功能模塊，當濃度值超過某一個閾值時，系統就能夠發出警報信號，告知屋主應該進行下一步適當的處理。因此在系統設計中還加入了一個報警模塊，使用的核心器件為蜂鳴器和LED。讓蜂鳴器和LED實現報警功能，操作十分簡單。在設計電路時需要注意的一個問題是，由于蜂鳴器正常工作的電流一般不超過30毫安，但是相較于單片機系統而言其正常工作的電流要遠遠小于這個值，且單片機本身無法提供30毫安的電流電路，因此為了解決這個問題，一般需要在報警模塊中設計一個上拉電阻實現電流的降級，或者通過設計合理的放大電路，將單片機的小電流放大到能夠讓蜂鳴器正常工作的電流。

結語：

燃氣泄漏檢測報警系統的核心部分是單片機、氣體檢測模塊報警和報警的電路連接設計，檢測報警裝置設計的過程中融合了多學科知識，包括自動控制技術、硬件布線技術等，通過在電器設備上安裝傳感器使電器設備統一連接于單片機中，達到自動控制傳感器工作的目的，減少了人力資源的消耗，同時節約了資源，操作簡單。

參考文獻：

[1]?楊振江杜鐵軍李群《流行單片機實用子程序及應用實例》西安電子科技大學出版社2002.7

[2]?陳玫玫《可燃性氣體檢測報警器的研制》2007

[3]?郝光健《基于LabVIEW和單片機的室內環境監測預警系統的設計》2014

（作者單位：1.西北農林科技大學;2. 天津工業大學;3.中移鐵通有限公司福州分公司;4. 惠州工程職業學院;5.杭州電子科技大學）