基于短信報警的煤氣檢測及通風裝置的設(shè)計

麥瑞彬+裴勝利

摘要：本裝置是將煤氣泄漏等級分為輕度泄漏、嚴重泄漏兩個等級，根據(jù)煤氣泄漏的不同等級做出相應(yīng)的處理，本設(shè)計將GSM通信技術(shù)引入報警系統(tǒng)，采用芯片SIM900A在發(fā)生事故時發(fā)送短信，使系統(tǒng)可通過GSM網(wǎng)絡(luò)的短信向外界報警，避免煤氣泄漏的事故發(fā)生。采取模塊化的設(shè)計思想，通過NRF905無線通信技術(shù)，將數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理分開成獨立模塊。本裝置主要分為兩大模塊：移動采集終端與數(shù)據(jù)處理終端。針對以上兩個部分，本文將詳細闡述系統(tǒng)各部分的軟硬件設(shè)計，包括核心芯片的原理和外圍電路，芯片與芯片間的連接電路，以及程序設(shè)計方法。

關(guān)鍵詞：煤氣泄漏檢測；AVR單片機；GSM網(wǎng)絡(luò)通信；NRF905無線通信

中圖分類號：TP273.2 文獻標識碼：A

0 引言

在現(xiàn)代智能家居中，氣體泄漏檢測報警及控制系統(tǒng)，對于提高燃氣使用設(shè)備的安全性和可靠性，具有非常重要的意義。

本設(shè)計是個全新的家庭的氣體泄漏檢測報警和控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能自動判斷在有氣體泄漏濃度的級別，通過網(wǎng)絡(luò)報警功能發(fā)送短信GSM，實現(xiàn)基于SIM900A自動發(fā)短信報警功能，并作出相應(yīng)的處理。利用AVR單片機作為控制芯片，完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、利用NRF905將移動采集終端采集的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理終端[1]。

1 基于短信報警的煤氣泄漏檢測裝置的總體設(shè)計

基于短信報警的煤氣泄漏檢測及通風裝置的設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。該裝置為家庭用氣安全檢測使用的，移動采集端可以安裝在廚房、浴室等使用煤氣的地方，數(shù)據(jù)處理終端可以安裝在大廳，這樣避免安裝在角落里無法搜索到GSM網(wǎng)絡(luò)，也便于人機交互。

移動采集終端通過煤氣傳感器進行數(shù)據(jù)采集檢測，當有煤氣泄漏時，煤氣傳感器的數(shù)字量輸出低電平激活ATMEGA16單片機進行聲光報警，將煤氣傳感器的模擬量輸出進行A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并通過NRF905無線傳輸裝置傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理終端。數(shù)據(jù)處理終端接收到信號后，根據(jù)煤氣泄漏的濃度分為兩個等級。當輕度泄漏，數(shù)據(jù)處理終端，打開換氣扇，并發(fā)送一條警告短信給用戶。當煤氣泄漏報警等級為嚴重泄漏的時候，再關(guān)閉電磁閥，以及短信告知用戶發(fā)生嚴重泄漏了[2]。

2 移動采集模塊與數(shù)據(jù)處理模塊硬件設(shè)計

移動采集終端，主要的有氣體傳感器，ATMEGA16控制芯片，NRF905的無線傳感器模塊和模塊LM7805

三端穩(wěn)壓器，穩(wěn)壓器模塊ASM1117。

采用ATMEGA16作為移動采集終端的控制芯片，具有SPI（Serial Peripheral Interface--串行外設(shè)接口）通信功能，能夠與無線通訊模塊NRF905采取同步串口通信。并且具有八位ADC功能，在接收到煤氣傳感器AOUT信號后進行AD轉(zhuǎn)換，然后將數(shù)字信號通過無線通信模塊傳輸給數(shù)據(jù)處理終端。

數(shù)據(jù)處理終端由于需要更強大的處理能力與更多的IO端口，所以這里處理芯片采用ATMEGA128單片機，具體還有采用LCD12864模塊，SIM900A模塊，聲光報警模塊，繼電器控制模塊等。

3 移動采集終端與數(shù)據(jù)處理終端的軟件設(shè)計

裝置上電后，分別對I/O口、AD口、NRF905、SPI進行初始化。啟動AD轉(zhuǎn)化對煤氣傳感器的模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號。將轉(zhuǎn)換好的數(shù)字量數(shù)據(jù)通過NRF905發(fā)送給數(shù)字處理終端。當煤氣傳感器的數(shù)字量輸出為低電平時，蜂鳴器響。移動采集終端軟件流程圖如圖1所示。

裝置上電后，先對USART，SPI單片機通信參數(shù)初始化；然后通過SPI對NRF905進行初始化；通過USART對SIM900A進行初始化。開機完畢，給預設(shè)置的手機號碼發(fā)送一條開機短信“Gas detection device to work”[3]。對接收的信號進行處理，判斷當前煤氣濃度泄漏的情況，并劃分為輕度泄漏與嚴重泄漏。輕度泄漏的時候，開啟通風扇，聲光報警，并且通過短信“Warning： mild gas leak”告知用戶，在安全的范圍內(nèi)，用戶可以選擇繼續(xù)作業(yè)，關(guān)閉聲光報警。當有煤氣泄漏為嚴重等級的時候，處理終端立刻關(guān)閉電磁閥，

開啟通風扇，聲光報警，并且發(fā)送短信“Danger： severe gas leak”告知用戶，立刻離開現(xiàn)場[4]。

數(shù)據(jù)處理終端軟件流程圖、實物圖如圖2、圖3所示所示。

4 總結(jié)與展望

將本系統(tǒng)的實現(xiàn)加入GSM短信報警裝置，能夠及時通知用戶，避免事故惡化，加入無線通信模塊，可實現(xiàn)一個數(shù)據(jù)處理終端，多個數(shù)據(jù)采集終端。移動采集終端可加入多種傳感器，可同時多地采集物理信息[5]。

本設(shè)計的系統(tǒng)保留很多拓展功能，（1）移植μCOS嵌入式系統(tǒng)，可以多任務(wù)運行，系統(tǒng)的運行效率更高。（2）增加更多的人機交互模式，如鍵盤輸入控制，短信輸入控制系統(tǒng)等。（3）GPRS功能，利用SIM900A模塊將采集的信息上傳到服務(wù)器。（4）采用多個移動采集終端，多個傳感器的方式去分布式采集各樣的數(shù)據(jù)信息。對現(xiàn)代智能防災(zāi)滅火系統(tǒng)也具有現(xiàn)實重要的意義。系統(tǒng)也可以采用多個移動采集終端，多個傳感器的方式去分布式采集多種數(shù)據(jù)信息。例如在大棚農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用，采集大棚濕度溫度二氧化碳濃度等信息，可實施自動化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理等。

參考文獻

[1] 王利興. 基于短信平臺的NMS網(wǎng)管系統(tǒng)短信報警功能應(yīng)用與研究[J]. 金融科技時代，2014（06）：64～65

[2] 王猛，陳浩，張耀. 燃氣報警器的分類與選擇. 沈陽：企業(yè)標準化，2007（09）：53

[3] 周未. 基于GSM網(wǎng)絡(luò)的防竊電實時監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方案探討，南寧：廣西電業(yè)，2008，23（2）：23～23

[4] 曹陽，錢斌，程行. 可燃氣體報警器的現(xiàn)狀及原理. 上海：城市公用事業(yè)，1999，（5）：28～30

[5] 李冬梅，黃元慶等. 幾種常見氣體傳感器的研究進展. 北京：傳感器世界，2006，6～11

作者簡介

麥瑞彬，2015年于天津理工大學中環(huán)信息學院獲得學士學位。