室內一氧化碳濃度檢測及報警系統的設計

李凱麗，樊建強，劉 攀，成慧翔

（晉中信息學院，山西 太谷 030800）

隨著社會的發展與進步，各種各樣的能源被人們開發并利用。但是，有些能源給生活帶來便捷的同時，也有可能帶來隱患與災難。目前可燃氣體的使用已經涉及到生活的方方面面，特別是對于農村來講，新型能源的使用，可以減少環境污染，并且可以給人們生活帶來很大的便利，然而在實際使用中有可能由于安全防范做得不到位，使得燃氣使用過程存在很大的安全隱患。

可燃氣體有很多種，例如氫氣、一氧化碳、甲烷等。這些氣體碰見強烈火花或火光就有可能燃燒甚至爆炸產生巨大的噪聲和沖擊波，危及生命財產安全。并且當人長時間處于煤氣泄漏的密閉空間內，導致呼吸困難心臟驟停，甚至死亡。因此，對于一氧化碳濃度的檢測是非常重要、必不可少的。

1 硬件設計

本文設計的一氧化碳濃度檢測裝置，硬件部分主要包括MQ-2型煙霧傳感器、AT89C52型單片機、LCD1602型液晶顯示單元、蜂鳴器報警電路。該測量電路可以檢測到密閉環境中的一氧化碳濃度并有相應的報警功能，見圖1。

MQ-2型煙霧傳感器的氣敏元件由二氧化錫制成，當檢測到一氧化碳時，電導率會發生變化，并通過轉換電路，將一氧化碳濃度轉換為相應的電信號。

傳感器檢測到的電壓信號，再通過ADC0832進行模數轉換，后續進行信號的分析、處理與轉換，并將檢測到的一氧化碳濃度通過LCD1602液晶顯示單元顯示。如果檢測到的數值大于傳感器的設定上限，就會觸發警報器報警。采用16個引腳的LCD1602液晶顯示單元，可以顯示2行數據，第1行顯示一氧化碳的濃度，第2行顯示設置的測量上限。

圖1 一氧化碳濃度檢測電路Fig.1 The CO concentration detection circuit

2 軟件仿真

對所設計的電路進行仿真，在此使用Proteus軟件進行仿真。軟件設計過程主要包括主程序和子程序的設定，硬件模塊對應的程序，軟硬件調試，主要有單片機驅動模塊、一氧化碳濃度檢測模塊、液晶顯示模塊等。主程序目的是協調各個模塊，實現相應的功能，最終目的就是可以檢測測試環境中一氧化碳的濃度，并將測試的結果顯示在LCD1602顯示屏上，如果測試結果超過一定的范圍，會觸發報警電路，進行報警，以便保護生命財產安全。

實際操作過程中，首先需要用到可變電阻RV1，通過阻值變化來改變上限數值，就可以模擬出不同環境下所檢測的結果，再通過對所測結果的分析和總結，得出最佳的結果數據。

也可以更改MQ-2的檢測信號，最大值的設定需要根據安全范圍作出調整。接下來就是測試，設定報警器檢測到一氧化碳濃度最高上限值的程序，了解安全范圍內的一氧化碳濃度值，算出達到可以危害人體的數值范圍，確定出上限值50×10-6。LCD1602液晶顯示單元第一行顯示的是測量值，第二行顯示的是設定上限。

一般情況下，為了保證安全，需要根據實際情況進行上限值的設定，設定一氧化碳濃度上限值為50×10-6。當開始測試時，假如當前測試環境中一氧化碳濃度顯示為60×10-6。超過設定上限50×10-6，會引起報警電路進行報警，如圖2所示。

圖2 一氧化碳濃度顯示電路Fig.2 The CO concentration display circuit

假定信號檢測器沒有檢測到一氧化碳的信號，報警器就會自行開啟休眠模式，可以節省能源的消耗。一氧化碳濃度檢測過程種可能會存在一定的誤差，在不同環境中，如溫度和濕度的變化都會對傳感器產生影響，這就引起檢測結果不準確。因此在使用過程中，要對環境條件進行綜合考量。

同時，傳感器輸出的信號一般情況下比較微弱，也有可能有雜波的存在，使得在檢測過程中出現誤差，導致誤報的情況，因此該電路也需要通過前置放大器、濾波器電路等進行信號處理，最終轉換成所需要的信號。

3 結論

在實際生活中，特別是冬天使用煤氣的時候，不同位置的一氧化碳濃度也不盡相同，間隔過大報警器也不會檢測到相應的信號，就不會觸發報警器，如果放置在溫度高的四周，又會因為一氧化碳氣體增大，觸發報警器報警。這樣的話就會造成一定的危險，因此合適位置放置一樣化碳濃度檢測設備也是非常重要的。

通過檢測室內一氧化碳濃度檢測，可以在日常生產生活中，起到防范作用，并且在濃度超過上限時，觸發報警系統進行報警，保障人民生命財產安全。