基于ST89C52的室内一氧化碳检测系统设计

余晓宇，朱灵婉，朱满意

（安徽文达信息工程学院电子电气工程学院，安徽合肥 230032）

1 概述

目前，国内使用的民用燃气主要包括天然气、液化石油气以及罐装煤气，大部分城市居民家里使用管道天然气及液化石油气，大部分农村居民家中及部分餐饮行业会选择价格较低且具有便携性的罐装煤气。由于设备不完善或操作者使用不当发生管道或罐体泄漏会使得一氧化碳的浓度超标。一氧化碳气体的特点是无色、无臭、无味，一旦发生泄漏，人们很难察觉，吸入后会对人体造成伤害。为了避免浓度超标导致的人体中毒或者更严重的爆炸事故发生，除了提高产品本身的质量，还应采取相应的防治手段。

目前，市场上的小规模一氧化碳气体检测报警器功能较为有限且性能稳定性较低，大多都是需要居民在家的情况下才能使用，利用价值不高。而大规模的监控系统虽然稳定性更优，但价格昂贵，后续维护费用较高，且需要专门的技术人员来管理，不适用于一般的中小企业和家庭。因此，研制一款性能可靠、经济实惠且低功耗的一氧化碳气体检测报警系统具有实际意义。

基于ST89C52的室内一氧化碳检测报警系统，将传感器的输出信号通过模/数转换电路处理后在LCD进行显示，当一氧化碳浓度值超过设定好的阈值上限时，报警器发出报警，通过GSM（SIM800C）向“指定手机号”发送报警短信，居民手持手机即可实时接收信息。

2 系统整体设计

该系统使用单片机为控制主体，完成对室内一氧化碳浓度的检测并在超过阈值后向终端发出报警。通过可燃气体传感器检测室内的一氧化碳气体含量，检测得到的输入模拟信号经过转换电路转为输出电压信号，该输出信号由单片机控制，通过声光报警电路向终端发送短信。气体检测测试仪的基本步骤：单片机采集MQ-7传感器（主要用于家用气体泄漏警报器和便携式气体检测仪器的气体传感器）信号，将其转换并储存在数据储存器中，单片机识别出气体并通过特定的算法分析气体浓度值，如果超过设定值，则向警报发送SMS，并将结果输出到LED显示屏。

系统主要功能模块包括传感器模块、单片机模块、报警器模块、GSM短信报警、排气扇以及LCD显示器模块等，其可以准确测量周围环境中的一氧化碳气体的浓度值，并实现每个模块的功能控制和单片机编程语言的控制。

设计的报警器可实现的功能：在一氧化碳浓度达到阈值（100×10-6）时启动蜂鸣器报警，2min报警无效后，立即启动排风扇。系统整体设计，如图1所示。

图1 系统原理

2.1 硬件设计

该系统使用ST89C52单片机控制每个模块。系统主要包括电源电路、A/D数据采集电路、传感器电路、上电复位电路、晶体振荡器电路、手动复位电路、LCD屏幕、按键输入与GSM（SIM800C）、声光报警电路等。系统设计框架是最小的单片机系统，单片机最小系统含有晶体振荡器电路、单片机电路和复位电路。在测试环境中，通过A/D转换器将输出电压模拟量转为数字量，并将其发送到单片机ST89C52中，最终将一氧化碳浓度值在LCD液晶上进行显示，当浓度达到预先设定的报警值时，仪器即发出报警信号。

2.2 软件设计

该系统设计使用KeilμVision4进行程序编写和调试，以C52为主要编程语言。系统经过上电复位，初始化，设置指定一氧化碳检测浓度值，以及一氧化碳检测上限值，并在LCD1602液晶显示屏显示检测到的浓度值。主程序流程如图2所示。

图2 主程序流程

显示界面子程序实现了系统设计的特定功能。当显示主界面时，按键来判断下一个状态。按下功能键，将进入报警界面。此时，可以通过加减按键来设置警报值，并且可以通过按退出键返回主界面显示；如果系统发出警报，则存储报警值，否则继续显示主界面。显示界面子程序流程如图3所示。

图3 显示界面子程序流程

3 系统调试

3.1 电路焊接

根据电路设计原理图设计元器件位置情况，清理电路板上的小孔等位置，主要防止灰尘等问题影响焊接效果。将元器件引脚固定在电路板的合适位置上，做好焊接准备。在焊接的过程中选择合理的焊接顺序：首先焊接要求较为简单的零件，其次焊接较为普通以及较为复杂的元器件。

完成以上检查，并保证正确后，就可以打开电源进行调试，注意电源的正极和负极不能接反。

3.2 实物系统调试

首先设计GSM（SIM800C）发短信操作流程。

（1）将准备好的移动卡芯片朝下、缺口朝外插进SIM800C模块中。

（2）电路板用2A以上的手机充电头供电（必须满足，不可使用电脑）。

（3）板子上有两个LED灯，一个用于电源指示灯，另一个用于NET（网络指示灯）。板子上的NET指示灯大概是0.8s闪一下，这种状态为没有找到网络状态。若板子注册到网络，NET灯大概3s闪一下，这样的情况GSM模块功能才可以正常使用。

（4）发短信，设置接收短信的手机号码。假设手机的号码是A（如PHONE SMS：131********），SIM800C模块里的手机号码为B，则向B发送短信，且需要编辑的短信内容为：PHONE SMS：131********。

（5）板子返回set end，即设置成功。当接上电源时，液晶显示屏第一行是所测烟雾值，第二行是设定值。当所测烟雾值大于设定值时（此刻测试用打火机吹灭火苗来模仿二氧化碳浓度，在MQ-7传感器上端打着，利用喷出的气体使二氧化碳检测浓度增大），蜂鸣器报警，指示灯状态改变，风扇转动降低环境中的二氧化碳浓度并同时发送短信，如图4和图5所示。

图4 set end设置成功

图5 发送报警短信

4 结论

一氧化碳气体浓度过高会严重威胁人们的生命安全。设计一氧化碳气体检测报警系统能够实时对浓度进行检测，能够很好地保障用户安全，起到检测预警的作用。室内一氧化碳气体检测报警系统的设计结合计算机、工业控制、机械等技术。本文研究的一氧化碳气体检测与报警系统以单片机ST89C52为控制核心，集成液晶LED显示模块、A/D 转换模块、传感器检测模块等多个模块。本系统能够准确检测到室内一氧化碳的浓度是否超标并能够及时报警，同时通过短信告知用户，有效防止事故的产生。