一種基于單片機的家用煤氣檢測報警裝置

摘 要：文章設計的煤氣檢測報警裝置以AT89S51單片機為主控制器，利用氣敏傳感器檢測信號、數模轉換芯片進行濃度轉換。當環境中煤氣濃度發生變化、超出設定安全范圍時，報警電路發出報警聲信號，同時，自動關閉煤氣閥門，打開排氣扇，實現自動檢測控制。

關鍵詞：51單片機;煤氣檢測;氣敏傳感器;報警系統

隨著我國社會經濟的發展與人民生活的不斷水平提高，家用煤氣得到了普及，不可否認，煤氣的價格低廉、利用率高，給生活帶來了極大便利，但隨之也帶來了一系列問題。煤氣的主要成分是H2和CO，其中，CO對人體危害非常大，當CO質量分數達到0.06%時，人就會出現頭暈等癥狀，當質量分數繼續升高，則有可能危害到生命安全。同時，CO在空氣中極其不穩定，與空氣混合后易發生爆炸，給人們的生命財產安全造成巨大的損失。在生活中，因為用戶的粗心或者使用不規范，煤氣的泄漏事故時有發生，導致許多鮮活的生命因此而逝去，應該避免類似的悲劇發生。

本文設計的基于51單片機的家用煤氣檢測報警裝置很好地解決了這一問題，該裝置操作簡單、實用性強，而且設計成本不高，適用于普通家庭。

1 ? ?系統結構

本文設計的基于單片機的煤氣檢測報警裝置系統框架如圖1所示，該裝置能夠對煤氣中CO的濃度進行檢測，并實時顯示在LED屏幕上，在檢測到濃度超標時，會發出警報，并自動處理，排除危險。具體原理：由氣敏傳感器檢測出室內空氣中CO的濃度，將輸入量轉換成為模擬信號，再由信號放大器對模擬信號進行放大，由A/D轉換器將模擬信號轉變成為數字信號并傳輸到單片機，由單片機進行處理，判斷濃度是否超過設定值，并輸出電信號顯示在LED上。

本裝置主要包括：用戶輸入模塊、CO氣體檢測的檢測模塊、A/D轉換模塊、聲報警的報警模塊、LED顯示模塊、執行模塊[1]。

2 ? ?主要硬件結構

2.1 ?單片機

本裝置選用AT89S51單片機，是一款低功耗、高性能的CMOS8位單片機，片內有一個4 kB的Flash程序存儲器，能夠兼容MCS-51指令系統和80C51引腳結構，芯片內集成了通用的8位中央處理器及ISP Flash存儲單元。該系列的單片機發展比較成熟，應用廣泛而且性能穩定、售價較低，能大大降低裝置的生產成本。

2.2 ?MQ-7傳感器

基于安全性和經濟實用性的考慮，本裝置最終選取了MQ-7傳感器來檢測CO濃度，使用氣敏材料二氧化錫（SnO2）。具體原理是利用SnO2在不同成分空氣中的電導率不同，當空氣中摻雜了CO時，SnO2的電導率升高，電路中地輸出信號增高，對應空氣中CO濃度的升高。采用高溫和低溫循環的模式，實現實時檢測，低溫時檢測濃度，加大電壓變成高溫時則能清洗掉吸附在傳感器上的氣體。同時，該傳感器的靈敏度非常高，能夠確保裝置的安全性、可靠性[2]。

2.3 ?A/D轉換器

A/D轉換器采用ADC0832芯片進行模數轉換，ADC0832芯片是由NS公司生產的8位轉換器，能通過三線接口與單片機相連接，體積小，功耗低，兼容性強，而且價格低廉，適合在體積較小的設備中使用，與本文設計的裝置完美契合。在實際操作過程中，由該芯片將傳感器傳出的模擬信號轉變為數字信號后，發送給單片機。

2.4 ?報警模塊

報警模塊主要由蜂鳴器和三極管所組成，蜂鳴器的兩個引腳與三極管連接，當檢測到有煤氣泄漏時，由單片機輸出高電平到三極管的基極，三極管基極導通，集電極和發射機連接，使得發射機電平為零，使蜂鳴器受正壓，蜂鳴器被導通，發出聲音報警[3]。

2.5 ?執行模塊

執行模塊與報警模塊的工作原理類似，當檢測到有煤氣泄漏時，由單片機輸出高電平，使排氣扇的電路導通，開始排氣。同時，單片機對電磁閥門輸出低電平，使電磁閥門關閉，停止煤氣的泄漏。

2.6 ?顯示模塊

本裝置選用了LCD1602液晶顯示屏，是一款工業字符型液晶，能夠顯示32個字符。該顯示屏的工作電壓為3.3 V/5 V，其對比度可調、內部含有復位電路、能夠提供各種控制命令，如：清屏、光標閃爍、字符閃爍、顯示移位等功能。因其微功耗、體積小、超薄輕巧、顯示內容豐富等優勢，市場應用十分廣泛[4]。

3 ? ?主要軟件設計

主程序流程如圖2所示，初始化程序主要包括：設置堆棧指針、設置初始變量、分配變量的內存空間等[5]。系統默認了煤氣濃度報警值為0.05，用戶也可以根據實際情況自行設定閾值。濃度采集程序根據要求對轉換器轉換的數據進行實時采集，由單片機對采集的數據與設定追做比較，當測量值超限時，程序報警，發出對應的高低電平，自動采取安全措施。

4 ? ?結語

本文設計的煤氣檢測報警裝置結構簡單，用戶操作方便，而且準確性高，具有較高的使用價值，還可用于公共場合，如餐廳、學校食堂、火車地鐵站等人流密度大、安全風險高的地方，確保人員安全，具有良好的市場前景。

[參考文獻]

[1]郭振華.半導體氣體傳感器及其陣列的檢測技術研究[J].北京：電子工業出版社，2009.

[2]王程研.基于AVR單片機的智能家庭測控報警系統設計[J].科技創新導報，2010（26）：92.

[3]李育生，常曉明，閻曉偉.基于單片機的煤氣滲漏監控系統的設計[J].山西大同大學學報，2008（3）：43-45.

[4]孫小春.基于單片機的無線火災報警系統研究[J].海南大學學報，2013（3）：254-256.

[5]李智巖，劉玥，柳娟，等.基于單片機的室內環境監測系統設計[J].信息技術與信息化，2016（12）：17-19.

基金項目：江蘇大學2019年大學生科研立項項目（18B070）

作者簡介：高遠東（1999— ），男，漢族，湖北宜昌人，本科生;研究方向：儀器學。