打开文本图片集
摘要：煤气的广泛使用给居民生活带来了诸多便利，提高了生活质量效率，还减少了环境污染。但是，煤气具有一定的危险性，一旦发生不同程度的泄漏，若处理不及时，就可能引发中毒，甚至是爆炸，给广大群众的人身与财产安全带来威胁。面对煤气泄漏而带来的各种安全隐患，如何对其实现统一化智能控制和预警成了一个急需解决的问题。本文设计了一种新型煤气浓度检测器，其使用基于GSM 作为通讯模块，以STC89C52单片机为主控芯片，配合使用MQ-2气体传感器和ADC0809芯片，采集煤气泄漏的信息。该检测器实现了对煤气浓度的识别以及智能化控制并能发出危险报警，使用户与智能设备的沟通更加方便，具有一定的使用价值。
关键词： GSM；煤气泄漏；传感器；报警；智能处理
The design of gas concentration detector based on GSM
MA Zhongheng， LI Houjie， LUO Jingchao
（ College of Information & Communication Engineering， Dalian Nationalities University，Dalian Liaoning 116600，China）
Abstract： The widespread use of the gas brings human beings lots of convenience， which not only improves the quality and efficiency of life， but also reduces the environment pollution. However， gas has a certain risk， once the different degree of leakage occurred， if not handled in time，it may cause a toxication ， even an explosion， threating the safety of people and property. Due to the security risks caused by gas leakage， it has been a problem how to realize the unified intelligent control and early warning of the leakage. In this paper， the design of a new type of gas concentration detector，which is based on GSM as the communication module， and takes STC89C52 Microcontroller as the main controlling chip. With the use of MQ-2 gas sensor and ADC0809 chip ，the detecter can collect the information of gas leakage. The detector realizes the identification and intelligent control of gas concentration and it can send alarm， so it’s more convenient and valuable for the users to communicate with intelligent equipment .
Keywords： GSM； gas leakage； sensor；alarm； intelligent processing
0 引 言
近年来，液化气、燃气等可燃性气体在家庭中的使用需求正日渐攀升，但是这些气体易燃、易爆，使得隐患事故频见报导。一旦气体泄漏时不能做到及时发现与处理，就会给家庭甚至邻居带来灾害，甚至将威胁到广大群众的人身与财产安全。针对煤气泄漏而形成的各类的各种安全隐患，家用煤管道气体泄漏报警器即已成为应对煤气泄漏的重要手段。当前，GSM 是应用最为广泛的移动电话标准。全球已有超过200个国家和地区的10余亿人正在使用GSM电话。所有用户可以在签署了"漫游协定"移动电话运营商之间自由无碍地实现漫游。将前述二者加以结合则可看出，基于GSM的煤气浓度检测器正在日常生活中发挥着举足轻重的关键作用，因而已然成为时下具有高度需求和发展价值的研究方向。本文即围绕这一内容给出系统论述和设计方案。
1 系统方案设计
控制设备的主要原理通过MQ-2气体传感器检测可燃气体，输出模拟电压值，模拟信号再通过ADC0809芯片转换为数字信号，STC89C52单片机将作为主控单元读取数字信号，并将数据显示在数码管上。当煤气浓度超限时，发出声光报警信号，系统就会自动关闭煤气阀门，打开排气风扇，再通过GSM短信模块发送报警短信给手机用户。本方案能够实现远程监测、智能诊断以及远程管理功能，提供一个开放的基础构架，并具有高可靠性、分散控制、集中监视和集约管理的优良特性。
2 系统硬件电路设计
单片机煤气浓度检测器系统的硬件主要有7部分，即单片机主控模块、气体浓度检测模块、数码管显示模块、声光报警模块、GSM短信报警模块、按键模块、继电器电路。硬件电路设计可如图1所示。
2.1单片机微控系统电路
对于煤气浓度检测器，为了获得良好操作实践、且完备呈现其使用效果，此次设计选用STC89C52单片机作为控制芯片。最小系统将STC89C52芯片定制为整个电路的中央控制器，内部有4KB闪烁存储器，复位电路用，晶振电路。微处理器构成了最小应用系统后，只需将单片机接上时钟电路和复位电路，便可以进入正常工作。该系统与其他最小系统相比，省去了外扩程序存储器的设计工作。单片机微控制电路如图2所示。
2.2气体检测电路
气体检测电路分为2个部分。主要部分是气体传感器，可将检测到的气体而产生的电压信号传送给ADC0809，再通过ADC0809内部的模数转换电路将模拟信号转换成数字信号供送至单片机用于判定识别，单片机将依据读取的相应数值控制调整电路工作状态。MQ-2气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2）。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的升降变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-2气体传感器对丙烷、烟雾的灵敏度颇高，对天然气和其它可燃蒸气的检测也堪称理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多累场合优质应用的低成本传感器。具体到研发设计中，首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿则启动 A/D转换，此后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。本文设计实现的采集电路的总体原理如图3所示。
2.3 GSM模块电路
本次设计采用了sim900A芯片作为开发芯片，模块主要由GSM基带、存储器、GSM射频、天线接口、其他接口共同构建组成。GSM是全球移动通信系统（Global System for Mobile communications） 的简称，同时也是当前流行广泛的移动电话标准。设计时，对其空中接口采用了时分多址技术。同原初GSM相比，现有GSM的信令和语音信道均已实现了数字化。因此GSM将可视作为第二代（2G）移动电话系统。模块接入微控制器、并插上SIM卡即能和普通手机用户通信。
3 智能报警设备
智能报警设备由红色发光二极管、蜂鸣器、GSM短信模块提供功能组成。LED红色发光二级管是一种固态的半导体器件，可以直接把电转化为光，并具备使用寿命长，光电转换效能高、而且节能等长足优点。该系统选取红色灯指示作为报警信号，当红灯闪烁时，说明煤气浓度已超过安全值。采用四位共阳数码管显示煤气浓度数值。信号经A/D转换后，再由单片机处理，并将数据显示在数码管上，提示人们需及时做出判断。LED红色二极管可用于视觉上的警示，而蜂鸣器则用于声音上的报警，GSM短信重点用于当无人在家的情况下来发出预警。
4 系统软件设计
4.1 主程序设计流程
本文设计的GSM煤气浓度检测器是以STC89C52 单片机为控制核心、并由MQ-2 型传感器来检测气体浓度。传感器将检测到的气体浓度电压信号经A/D 单元转换后，转换可得的数字信号就送入STC89C 52 单片机内，由其对气体浓度信号执行比较处理并显示在数码管上，由此即可判断气体浓度值是否大于报警规定值。当气体浓度处于正常数值范围内，声光报警系统不会发出警报；但当气体浓度大于设定值时，报警系统则发出警报声并启动红灯闪烁。然后继电器关闭煤气电磁阀，启动排气风扇，把有害气体排出室内。同时，GSM短信模块自动给用户发送提醒短信。本系统所有程序均采用C 语言来实现编写调制，设计的主程序流程如图5 所示。
4.2 程序调试
本程序使用Keil 软件对程序进行设计并组织调试。Keil C51 软件为美国Keil Software 公司的研发产品，是51 系列兼容单片机C 语言软件开发系统，与汇编语言相比，其在功能上、结构性、可读性、可维护性上具有明显的优势。
5结束语
综合考虑设计要求、使用环境、加工成本等因素，所以选用MQ-2型气体传感器。MQ-2型气体传感器主要对以氢气为主的城市煤气、天然气及液化石油气具有良好的敏感特性，并且同时表现出响应回复快，工作稳定、时间长等明确优点。在系统单片机控制电路设计中，采用STC89C52单片机作为核心芯片，可以充分利用其高速数据处理能力，并实现了系统仪器简单化和智能化，使仪器具有结构简单、性能稳定、体积小巧，成本低廉等稳定特点。气体报警能实时进行气体浓度检测工作，当气体的浓度大于设定的浓度时，发光报警。然而对于该系统，仍然存在不足之处。如：室内煤气发生泄露，气体不能及时排出；室内没有反馈系统，不能实现自动关断危险气源。所以，增加智能排气扇功能，以便在发生警报时将有害气体尽短时间排出。此外，还增加了互联网功能，当报警器报警时，主机会给用户手机发送消息，提醒用户发生煤气泄露。为智能家居的理想规划实践奠定了基础，具有一定的现实推广价值。
收稿日期：
参考文献
[1] 刘岩川. MCS-51系列单片机原理及系统设计[M].北京：电子工业出版社，2014.
[2] 韩桂英，李锡祚.数字电子技术基础实用教程[M].北京：清华大学出版社，2011.
[3] 李朝青. 单片原理及接口技术[M]. 北京：电子工业出版社，2010.
[4] 张建明. 传感器与检测技术[M]. 北京：机械工业出版社，2000.
[5] 张保卫，赵金水，尚家峰.燃气报警器的分类与选择[J]. 山东消防，2003（8）：27.
[6 ] 彭军. 传感器与探测技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2003.
[7] 孙利民，李建中.无线传感器网络[M]. 北京： 清华大学出版社，2005.
