基于GSM的家用煤气智能监控系统

衡阳师范学院 郑 哲 许岳兵 姜 洁 邹 敏

1.引言

近年来，随着经济的迅速发展和人们生活水平的提高，燃气行业发展迅猛，液化气、天然气、焦炉煤气等城市燃气作为清洁能源已在国家机关、餐饮业等得到广泛应用。然而煤气泄漏所引发的爆炸、中毒和火灾事故却不断发生，为了减少并杜绝因煤气泄漏而发生的事故，国内外市场上出现了大量的煤气报警器，但传统报警器报警方式单一、没有安全的煤气泄露防范措施，且价格昂贵、测量精度低、稳定性差，不能对煤气进行定量和多区域的监测。本项目旨在设计一款灵敏度高、性能可靠、操作简单家用煤气智能监控系统，能通过声光、给业主拨打电话、发送短信等多种方式报警，大大提高了报警率。此外，该项目还具有多点检测功能和安全的防煤气泄漏措施，为人们的安全生活提供了保障。

2.系统组成及工作原理

系统组成如图一所示。它由MQ-9一氧化碳传感器检测电路、运放电路、ADC0809构成的A/D转换电路、STC89C52单片机控制电路、继电器控制电路、GSM模块、单线数字温度传感器DS18B20检测电路和声光报警电路等组成（如图一所示）。

图一 系统组成框图

图二 煤气检测电路

图三 GSM报警模块

图四 声光报警电路

图五 主程序流程图

系统通过MQ-9一氧化碳传感器采集现场的一氧化碳浓度信息并将其转化为电压信号，此电压信号经过放大、A/D模数转换后，由STC89C52单片微处理器进行数据处理即可获取一氧化碳气体的浓度值并在1602液晶显示屏上显示。当一氧化碳气体的浓度达到警戒值时，系统将起动通风换气设备进行排气，并通过电磁阀门将气体管道关闭，同时进行声光报警，由GSM模块在一秒钟之内向业主发送报警短信并拨打预先设计好的报警电话。当一氧化碳浓度降低到安全点时，关闭通风换气设备，停止报警，达到安全保护的目的。

3.系统硬件设计

3.1 STC89C52单片机

考虑到系统的程序空间和运算空间较宽，CPU采用STC公司生产的STC89C52单片机。该单片机工作速度快，功耗低，带有8kB程序存储空间和32个IO口，能够满足系统要求。系统中单片机端口ALE经分频后为ADC0809提供时钟，P1口作为采样数据接收端口，P0口用作显示数据通信端口。整个系统充分利用了STC89C52的内部资源，极大的发挥了单片机控制功能。

3.2 煤气检测电路

煤气检测电路如图二所示。电路中MQ-9为一氧化碳传感器，具有高灵敏度、使用寿命长和稳定性可靠等优点，广泛应用于家庭、环境的一氧化碳探测装置中。MQ-9气敏元件由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感层、测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。传感器的表面电阻Rs，是通过与其串联的负载电阻RL上的有效电压信号VRL输出而获得的。二者之间的关系为：Rs/RL=(Vc-VRL)/VRL外界一氧化碳浓度大小可通过有效电压信号VRL体现出来。电压信号经仪表放大器AD620进行放大及信号调理送到ADC0809的模拟量输入端，然后由单片机采集并储存数字信号。

3.3 继电器控制电路

该电路由继电器、排气扇、电磁阀等组成。当泄漏气体浓度达到警戒值时，通过软件将控制继电器，从而使排气扇工作，进行换气，电磁阀电路接通，将煤气管道关闭。当气体浓度下降安全值时，关闭排气扇和电磁阀电路，排气扇停止工作。

3.4 GSM报警模块

本项目采用TC35i模块实现短信收发。TC35i模块是西门子公司为适应各个领域对无线数据传输业务的需求而开发的GSM模块，它设计小巧、功耗很低，主要由GSM基带处理器、GSM射频部分、电源、闪存(Flash)4部分组成。

GSM基带处理器是整个模块的核心，它控制着模块内各种信号的传输、转换、放大等处理过程。GSM射频部分是一个单片收发器，它完成对射频信号的接收和发送等处理。Flash用来存储一些用户配置信息、电话本和其他信息。

本系统使用的TC35i模块，符合RS232接口标准，有固定的参数：8位数据位和1位停止位，无校验位，波特率在300bps～115kbps之间可选。单片机通过串口向GSM模块发送AT指令，使TC35i模块处于语音、数据、短消息模式，从而达到报警目的，图三即为GSM报警模块。

3.5 报警电路

声光报警电路如图四所示。主要由P3.2，P3.3，P3.4来控制。正常工作时，系统显示绿灯，由P3.2控制；当环境CO的浓度对人体有危害时，显示红灯，由P3.3控制；当浓度很高时，由P3.4启动声音报警。

4.系统软件设计

软件设计使用C语言进行编程，开发效率高，可极大地缩短开发时间，增加程序可读性和维护性。软件平台设计的设计与实现，包括信号采集模块、开关控制程序、报警程序。程序流程图如图五所示。

初始化时，系统对AD采样、LCD1602显示、DS18B20、中断进行初始化，初始化完毕后延时五秒中，等待煤气探头进入正常工作状态。然后AD开始正常采样，同时单片机对采样数据进行保存并处理，若处理得到的煤气浓度不高于预设的警戒浓度，则单片机不断的对AD采样值进行检测。否则，单片机进入报警程序，控制LED及蜂鸣器发出声光报警，然后通过串口发送AT指令，TC35i发出短息报警。此时若有外部按键复位或上电复位，则系统重新进入初始化。

5.结束语

本项目为基于TC35i家用煤气智能监控器，除了继承以往煤气报警器的优点外，还具有低功耗、性价比高、稳定性高、灵敏度高以及报警率高等优点。硬件设计上结构简单，体积较小；软件上编程简单，开发时间短；报警方式多样，当一氧化碳气体浓度达到警戒值时，能通过声光、给业主拨打电话、发送短信等方式报警，大大提高了报警率。同时可通过继电器控制排气扇、电磁阀电路，有效防止煤气的泄漏，为人们的生活安全提供了保障，非常适用于家用煤气监测。

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