基于GSM嵌入式燃气安防报警系统的设计

李校红

（西安欧亚学院,西安,710065）

基于GSM嵌入式燃气安防报警系统的设计

李校红

（西安欧亚学院,西安,710065）

借助现代家居设计的理念、采用AT89S51作为主控芯片，设计出了对信号的采集和报警，并具有声光报警、关系燃气阀门以及启动家庭通风机等联动的装置。同时通过该系统的无线通信功能，可快速给用户发送短消息，从而实现用户不在家时的紧急报警处理。

AT89S51；嵌入式；安防报警系统

目前在燃气报警系统中广泛使用的气体探测器则主要分为独立式和联网式两种。其主要的功能是在室内的燃气发生泄漏并超过设定值的时候，系统则会出现声光报警。而联网式的报警系统还可通过进行远程联网报警。

1 系统设计思路

我国现在家用的燃气主要分为煤气和天然气，两者之间的主要成分则为一氧化碳和甲烷。因此，本报警系统中的外围的气体传感器选择分别选择MQ-4型甲烷与MQ-7型一氧化碳传感器。上述的两类传感器都属于灵敏性比较高的半导体材料制成，具有高灵敏度、长寿命、大电信号输入和较高的稳定性等特性。外围传感器随着气体浓度的变化，其传感率也在变化，导致其输出的电信号也随着浓度的变化而在不断变化，并将信号传输到主控芯片。通过外围数据信号的采集，将相关信号传输到主控芯片，主控芯片AT89S51再根据设定的软件程序，将变信号转变为浓度，当浓度的大小超过系统设定的浓度值时，其自动启动关闭阀门、声光报警装置和打开通风装置，并将泄漏信息传递给用户，以方便用户不在家的时候，及时对事故进行处理。系统整体的设计如图1所示。

2 硬件系统的设计和实现

2.1 AT89S51单片机设计

通过比较，我们采用由ATMEL公司生产的AT89S51主控芯片，因为该芯片具有低功耗、高性能的CMOS的8位微控制器。同时该硬件系统具有4K的flash存储器，可对其进行编程控制。其具体的引脚分配图如图2所示。

通过上述的设计，MQ-4和MQ-7传感器连接运放电路，通过LCM458放大器将因浓度变化转换成电压信号，并与主控芯片中的引脚P11、P12连接，P10上接电位复电。同时晶振接X1、X2,并且其频率变化在0~12 Mbps, P00、P01、P02三个引脚分别接声光报警装置、外围的电磁阀门开关以及通风装置，当系统发生气体泄漏，同时其泄漏的浓度超过标准值之后，则自动连接并打开。同时为实现该模块设计的无线通讯功能，在主控芯片的UART1处的RXD与TXD连接无线通信模块。而在连接连接无线通讯模块之前，连接MAX232其主要的目的是通过主控芯片AT89S51中电压信号的变化而产生的逻辑控制规则，对RS-232通信接口进行驱动，并通过ZXGM18模块将短消息发送给用户。

图1 报警系统整体设计

2.2 无线通讯模块设计

在该设计中，我们采用ZXGMl8无线调制器，主要是为短信息的发送和数据的交换提供接口。ZXGM18作为通信模块，其具有完整的射频电路和GSM基带处理器。该模块可支持双频工作模式；内置/外置SIM连接器，内外置均支持采用3VSIM卡，外置还可支持5VSIM；支持电源电压为3.6V~4.5V；发射功率为发射功率：CLASSA(2W)／EGSM900，CLASSA(1W)／GSM1800等特性，其性能基本可以满足系统的简单需求。

2.3 声光报警装置设计

声光报警装置主要是由放大器、保护电阻、振铃和发光的二极管组成。当系统将实际采集到的燃气浓度大于系统设定的标准值时，主控芯片端的P00端则会发出相应的电平信号，并通过放大器对信号的放大作用，驱动二极管和蜂鸣器进行报警。

2.4 电磁阀门开关控制

电磁阀开关主要是由电解电容（4.7U／25V）、继电器、电磁阀以及放大器共同组成。当采集到的浓度大于系统设定的浓度，系统的P01引脚会发布高电平信号，并通过放大器将信号传输的继电保护器，再由继电保护装置发动高电平信号给电磁阀，电磁阀在根据其中产生的磁场将开关关闭，从而切断家庭天然气或者煤气的使用，以此保证安全。

2.5 通风装置设计

通风机装置的设计与上述的标准一样，当其浓度过大超过设定浓度的时候，主控芯片会输出高平电，并通过继电保护控制开关。

图2 AT89S51主控引脚图

3 软件设计

在外围的信号采集系统MQ-7、MQ-4等采集到相关的信号之后，将实际所采集到的燃气的浓度通过运放电路将浓度的变化转变成电压信号。而当采集到 浓度超过设定的标准值后，通过P10引脚口将电压信号输入主控系统，而主控系统在收到电压信号之后，则开始工作。而当采集的浓度的量小于设定的值后，引脚P10则会反复的检测，直至其输出高电平信号为止。在主控系统输出高平电压信号之后，分别通过引脚接口输出相应的操作，如声光报警系统、驱动继电保护，以此切断电磁阀。

通信信号则通过MAX232与无线通信模块ZXGM18连接，并向无线通讯模块发送AT的命令，以此启动无线通信工作。

4 结束语

燃气报警装置作为现阶段居民安全用气中常用的装置，对保护居民安全具有非常重要的意义。本文实现了将浓度转换为电压，通过主控程序控制电磁阀、声光装置和通风通气装置的启动，并通过GSM网实现对用户的短信息发送，从而使得用户可随时对煤气或天然气泄漏进行处置。

郝磊. 嵌入式家居环境监测系统设计[D].电子科技大学,2013.

李校红，女，1976，湖南省，讲师，研究方向：网络通信、嵌入式

Embedded design GSM security alarm system based on gas

Li Xiaohong
(Xi'an Eurasia University,Xi'an,710065)

With modern home design ideas,using AT89S51 as the master chip,designed for signal acquisition and alarm,and with sound and light alarm,the relationship between the gas valve and start the linkage Family fan and so on.At the same time via the wireless communication function of the system,you can quickly send a short message to the user,enabling emergency alarm processing when the user is not at home.

AT89S51;embedded;security alarm system

陕西省教育厅科学研究计划资助项目（2013JK1069）