民用建筑燃气安全监控系统设计探微

李朝仁 林存英

摘要：在我国经济不断高速发展的过程中，建筑业不断完善，但其中民用建筑燃气泄漏仍是人身伤害与火灾隐患的重要事故源头。防火、防爆设备是迫切需要一种防火防爆设备来避免这种事故的发生以尽量减少事故发生后造成的损失。本文对民用建筑燃气安全监控系统设计进行了简要的分析，希望同行业者相互共勉，也希望为民用建筑中的燃气安全出一份力，尽一份心。

关键词：防火防爆；检测；单片机；GSM模块

1 系统设计

1.1 单片机最小系统

现如今，单片机的最小系统主要有以下三部分构成，分别是STC12C5A60S2单片机、复位电路和时钟电路。复位电路有电阻、复位按钮和电容组成。时钟电路有两个30PF的电容和11.0592M的晶振组成。复位电路的设计。所谓复位也就是单片机的初始化操作。在单片机启动之前，需要复位。这样可以使CPU，还有其它部件处于一个确定的状态。单片机从这个初始状态开始工作。所以说对于整个系统来说，复位操作是非常重要的。它需要相关的外围电路去实现。单片机时钟电路。单片机内部时钟电路的工作方式大致可以分成两种：第一种是内部R/C震荡时钟，第二种是外部晶振时钟。由于本系统串行通信对时钟要求高，所以采用外部晶振时钟。时钟电路两个端口分别接单片机XTAL1和XTAL2引脚。

1.2 烟雾传感器电路

检测CO的浓度用MQ-2传感器。传感器的1、2、3脚并联后接到+5V的电源上。4、6脚并联后接电阻R6，最后接到单片机输入端P1.1。而5引脚直接接地。因为检测得到的信号比较小，必须经过放大和调理。所以用电阻R6来调节输出信号的大小。当环境中CO浓度比较低，H-H两级电导率比较低，电压比较小，而输出电压就比较大。根据CO浓度和输出电压关系知，当CO浓度为300PPM，输出电压为1V。设定浓度超过300PPM，系统就报警。

1.3 温度传感器电路

温度模块由DS18B20、R3组成，其中R3属于上拉电阻。这个温度传感器属于数字式传感器，可以很方便的直接读出温度值。由于DS18B20对时序的要求很严格，所以在对DS18B20进行读、写数据时，要先将单片机的一切中断源关闭，不允许单片机响应中断，以免因单片机响应中断，执行中断程序，从而打乱1-wire协议对时间的严格要求。DS18B20测量温度范围为-55～+125℃，测温精度0.5℃，完全满足对家居环境温度的测量要求。它可以直接将温度转换值以16位数值码的方式输出。根据温度和数字量的关系，当温度为30℃时，输出的16位数字码是003BH。设定室内温度超过30℃，系统就报警。

1.4 可燃气体传感器电路

本设计中使用的可燃气体传感器为QM-N5。此传感器是电阻型半导体气体传感器。它的原理是当有可燃气体产生时，气体就会在半导体表面发生化学反应。此反应一旦发生，就会使相应的电阻发生变化。假如A、B为测量极两端，R8为负温度系数热敏电阻。因为温度变化就会引起QM-N5传感器出现偏差，而R8恰好可以补偿这一偏差。当空气中不含可燃气体时，A、B两端电阻很大，输出电压U0几乎为零。当空气中含有可燃气体时，A、B间电阻减小，输出电压增大。因为从U0输出的电压很小，因此必须经过LM324进行适当的放大。然后将所得电压送入单片机中带有A/D转换功能的接口，进行转换和数据处理。根据可燃气体浓度和输出电压关系，当可燃气体浓度为200PPM，输出电压为0.5V。设定可燃气体浓度超过200PPM，系统就报警。

1.5 GSM模块

本设计的GSM模块采用Siemens公司的TC35i模块，西门子GSM模块是一个支持中文短信息的工业级GSM模块，工作在EGSM900和GSM1800双频段，电源范围为直流3.3-4.8V。TC35i模块有40个引脚，通过一个ZIF连接器引出。这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。TC35i的第1-5引脚是正电源输入脚，第6-10引脚是电源地。11、12为充电引脚，可以外接锂电池，13为对外输出电压（共外电路使用），14为ACCU-TEMP接负温度系数的热敏电阻，用于锂电池充电保护控制。15脚是启动脚IGT，系统加电后为使TC35i进入工作状态，必须给IGT加一个大于100ms的低脉冲，电平下降持续时间不可超过1ms。16～23为数据输入/输出，分别为DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。18腳RXD、19脚TXD为TTL的串口通讯脚，需要和单片机或者PC通讯。TC35i使用外接式SIM卡，24-29为SIM卡引脚，SIM卡同TC35i是这样连接SIM上的CCRST、CCIO、CCCL、CCVCC和CCGND通过SIM卡阅读器与TC35i的同名端直接相连，ZIF连接座的CCIN引脚用来检测SIM卡是否插好，如果连接正确，则CCIN引脚输出高电平，否则为低电平。TC35i的第32脚SYNC引脚有两种工作模式，一种是指示发射状态时的功率增长情况，另一种是指示TC35i的工作状态，本模块使用的是后一种。当LED熄灭时，表明TC35i处于关闭或睡眠状态；当LED为600ms亮/600ms熄时，表明SIM卡没有插入或TC35i正在进行网络登录；当LED为75ms亮/3s熄时，表明TC35i已登录进网络，处于待机状态。30、31、32脚为控制脚，其中30为RTC backup，31为Power down，32为SYNC。35-38为语音接口，35、36接扬声器放音。37、38可以直接与驻极体话筒连接来采集声音。单片机通过I/O口控制TC35i的开关机、复位等，通过串口与TC35i进行数据通信。在实际的应用中TC35i与SIM的连接就可以可实现短信的收发。

1.6 通风机控制电路

本文所描述的通风机电路主要由三极管、光电耦合器、发光二极管、线圈和通风机组成。具体的工作原理是单片机从P2.1输出一个高电平使Q7导通，接着光敏三极管导通，同时Q6导通，因而继电器的线圈K1通电，继电器接触点闭合，使交流220V电源接通，通风机开始工作。反之，P2.1输出低电平时，继电器触点断开。本系统的软件设计以C语言为基础。系统主程序流程主要为开始→系统初始化→读取三种传感器所测参数→报警子程序→键盘扫描→判断键值→调用显示数据子程序→读取三种传感器所测参数......。主程序是一个无限循环的程序，通过对各个模块的合理调用实现对参数的测量、比较、报警和显示。具体工作原理是上电后系统初始化，单片机迅速检测到被测参数，并且存储起来，在这个过程中包括A/D转换。然后启动报警子程序，判断是否越限，越限就报警30s，同时发送短信到主人手机，接着判断键值。如不越限，直接判断键值，显示相应的数据。接着返回继续读取三种传感器的数值，依次循环。

2结束语

在本设计选用的GSM模块是西门子生产的TC35i。它是一款高度集成的短信模块，其体积小且重量轻，被广泛应用。显示器采用国产的4位动态显示数码管3461LED。它的优点是与单片机连接方便、占有的I/O口少、驱动简单、稳定性好和绿色环保。

参考文献：

[1] GB 50028-2006.城镇燃气设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[2]张正本.社区燃气爆炸的防治[J].现代物业，2010（4）：96-97.

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