基于STM32与GSM的智能气体检测与预警系统设计

王大雷，何康，王楠，王龙，姜立勇

(宿州学院 机械与电子工程学院，安徽 宿州 234000)

0 引言

随着生活水平的不断提高，人民对日常生活中可能存在的安全隐患越来越重视，特别是室内的有毒气体[1-4].如燃气不完全燃烧，可能产生CO等有毒气体，房屋装修也会产生甲醛等有害气体，这些有毒气体都会伤害到人类的身体健康，当吸入过量的CO气体时甚至导致死亡，给家庭带来带来严重的灾难.

为了解决上述问题，设计出了一种基于STM32与GSM的智能气体检测预警系统.其主要研究内容如下：1)研究STM32与MQ-7传感器、MQ-135传感器等模块通信连接情况； 2)利用GSM通信网络模块，实现远程监控预警功能.

1 系统总体设计

系统由STM32单片机与GSM无线移动网络技术相结合[5-7]，利用传感器检测等模块，设计出一种性能稳定可靠、成本低适合普通家庭的智能气体检测预警系统.该系统由STM32单片机主控制器模块、传感器模块、液晶显示模块、GSM模块及报警模块等.本系统总体设计框图如图1所示.

系统的总体工作思路如下：首先利用MQ-7传感器、MQ-135传感器对室内有毒气体进行数据采集并送入STM32单片机；其次，STM32对采集的信号进行滤波处理，在液晶显示屏中显示气体的浓度，并显示数据与设定值进行比较，若超过预设值，系统则立刻启动报警系统；最后，如果检测室内的CO等有毒气体浓度高于预设值时，立刻通过GSM无线网络模块，能将室内CO等气体第一时间发送至预设手机用户.

图1 系统总计设计框图

2 系统硬件设计

系统硬件设计包括STM32单片机主控制模块、GSM无线移动网络模块、MQ-7与MQ-135传感器模块及液晶显示模块[8-9].

2.1 STM32主控芯片

根据设计系统的稳定可靠性要求，选择STM32F103C8T6作为主控芯片，主要因为STM32F103C8T6通用I/O口多，系统易于功能的扩展，时钟频率可达 72M，处理速度快，可以满足系统实时性要求.它是一种性能高、成本低及低功耗的微控制器.STM32最小系统及外围电路如图2所示.

图2 STM32最小系统及外围电路

2.2 GSM 模块

本系统采用的GSM模块为WF-SIM900A模块，其外接电路如图3所示.其GSM无线移动网络模块的信号线与STM32主控模块的I/O口PA2、PA3进行连接，使两个模块之间进行数据无线移动传送.若室内检测有毒气体超过预设值，系统立刻启动GSM模块，将室内的气体浓度检测结果通过短信方式第一时间发送到房主手机上.

图3 GSM模块电路

2.3 显示模块

本系统选择液晶显示模块为OLED(Organic Light-Emitting Diode).具有体积小、响应速度快、图像稳定、分辨率较高及低功耗等优点，其与主控模块外接电路如图4所示.与STM32主控模块的I/O口PB3、PB4、 PB5和PA15进行连接，其主要功能实时显示室内有毒气体浓度数据.

图4 显示模块电路

2.4 传感器模块

2.4.1 MQ-7传感器

该模块采用 MQ-7传感器.该传感器对CO有毒气体检测灵敏度较高.MQ-7传感器信号线与单片机STM32的I/O口PA0相连，完成对CO有毒气体数据采集，其外接电路如图5所示.

图5 MQ-7传感器模块电路

2.4.2 MQ-135传感器

该模块采用 MQ-135传感器.该传感器对烟雾和其它有害气体检测灵敏度较高，与外接电路如图6所示.MQ-135传感器信号线与单片机STM32的I/O口PA1进行连接，完成对烟雾和其它有害气体的数据采集.

图6 MQ-135传感器模块电路

2.5 报警模块

该系统的报警模块电路如7所示.报警器的信号线与单片机STM32的I/O口PA8进行连接，当系统检测有毒气体浓度高于与设置时，STM32单片机会给报警系统一个低电平信号，使系统立刻报警.

图7 报警模块电路

3 系统软件设计

该系统软件设计包括有毒气体浓度检测模块设计，液晶显示模块设计，报警模块设计及GSM模块设计.

系统软件设计的总体思路如下：首先，系统初始化，设置有毒气体的浓度参数的预设值，设定系统中断及定时器等.接着，利用MQ-7传感器、MQ-135传感器对室内有毒气体进行数据采集与滤波处理，利用液晶显示模块实时显示气体的浓度，其次，将气体采集显示数据与设定气体阈值进行比较，若超过预设值，则系统立刻启动语音报警系统进行报警；最后，如果检测室内的CO等有毒气体浓度高于预设值时，立刻通过GSM无线网络模块，能将室内CO等气体第一时间发送至预设手机用户，系统软件算法流程图如图8所示.

图8 系统软件算法流程图

4 结语

本文利用STM32、传感器、报警器与GSM无线移动通信网络技术实现了智能气体检测系统设计.本系统设计的优点如下，首先，电路设计简单，检测结果较为准确，且功能稳定可靠，实时性强；然后利用GSM模块，是系统具有远程通信功能，提高了系统的使用范围，为智能气体检测提供技术保障.最后，系统软件编程为C语言编程，其具有较好的移植性，开发速度较快，扩展系统新功能周期较短.本系统整体性能稳定可靠，成本低，实时性强.