基于單片機(jī)GSM智能煤氣泄漏報(bào)警器的硬件模塊設(shè)計(jì)

趙永濤 高英俠 滕雪漪

摘 要：隨著天然氣在人們生活中的廣泛使用，天然氣安全也得到越來(lái)越多人的重視。以單片機(jī)GSM為核心空間設(shè)計(jì)的一套智能煤氣泄漏報(bào)警器通過(guò)氣數(shù)傳感器MQ5系統(tǒng)對(duì)煤氣泄漏進(jìn)行檢測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)處理后有液晶1602進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，一旦檢測(cè)信息超過(guò)報(bào)警值就會(huì)發(fā)出警報(bào)，并對(duì)煤氣閥門(mén)實(shí)行自動(dòng)關(guān)閉，有效保證居民的人身安全。本文對(duì)這類(lèi)報(bào)警器的硬件模塊設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)GSM；煤氣泄漏報(bào)警器；硬件設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)GSM智能煤氣泄漏報(bào)警器能對(duì)室內(nèi)煤氣進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，同時(shí)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警和關(guān)閉閥門(mén)等處理，能幫助很多家庭最大程度規(guī)避煤氣泄漏險(xiǎn)情。

一、設(shè)計(jì)原理

Mq7氣體傳感器對(duì)液化氣、煤氣和天然氣等城市所用氣體具有較強(qiáng)的靈敏度，同時(shí)具有優(yōu)良的抗乙醇和煙霧干擾功能，通過(guò)檢測(cè)室內(nèi)煤氣濃度，發(fā)出不同的電壓信號(hào)。利用AD模數(shù)轉(zhuǎn)換，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，由AT89S52對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理和數(shù)據(jù)比對(duì)。而在報(bào)警器程序內(nèi)部設(shè)定報(bào)警值，一旦檢測(cè)數(shù)據(jù)等于或者大于報(bào)警值，那么就會(huì)觸發(fā)自動(dòng)報(bào)警裝置，發(fā)出警報(bào)聲，同時(shí)會(huì)將相關(guān)短信發(fā)給物業(yè)公司和業(yè)主，并且自動(dòng)關(guān)系氣體閥門(mén)。[1]

氣體報(bào)警器圖

二、硬件設(shè)計(jì)

（一）單片機(jī)微控制器

本報(bào)警裝置以單片機(jī)AT89S52為核心控件，具有低功耗和高性能的優(yōu)點(diǎn)，其主要性能包括能與MCS51單片機(jī)產(chǎn)品兼容，使用8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器，全靜態(tài)操作（0Hz33MHz），8個(gè)中斷源，三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器以及三個(gè)16位定時(shí)器等。

（二）GSM無(wú)線傳輸

GSM（全球移動(dòng)通信系統(tǒng)）是一種廣泛應(yīng)用于歐洲及世界其他地方的數(shù)字移動(dòng)電話系統(tǒng)。

該智能報(bào)警裝置采用的是西門(mén)子公司的TC35，其是一款雙頻900/1800MHZ高度集成的GSM模塊。其信息傳送的主要內(nèi)容是語(yǔ)音和數(shù)據(jù)，適用電源是單電源 3.3V ～ 5.5V。頻段在雙頻GSM900MHz 和 DCS1800 MHz（Phase 2+），以外接的方式連接SIM卡，由天線由天線連接器連接外部天線，發(fā)射功率為2W （GSM900MHz Class 4） 1W （DCS1800MHz Class 1）。[2]

該模塊工作溫度范圍廣，可在20°C 至55°C之間正常工作，

半速 （ETS 06.20） 全速（ETS 06.10） 增強(qiáng)型全速 （ETS 06.50/06.60/06.80）是其語(yǔ)音解碼的三種速率。發(fā)送短信息主要有MT，MO，CB 和 PDU 模式。

（三）Mq7氣體傳感器

Mq7氣體傳感器使用的氣敏材料是二氧化錫（SNO2），其在清潔空氣中電導(dǎo)率較低。通過(guò)高低溫循環(huán)的方式在低溫（1.5v加熱）檢測(cè)一氧化碳，當(dāng)空氣中的一氧化碳濃度增大時(shí)，電導(dǎo)率也隨之增大。高溫（5.0v）能對(duì)低溫時(shí)吸附的雜散氣體進(jìn)行清洗。對(duì)煤氣、天然氣和液化氣等具有較好的靈敏度，同時(shí)有優(yōu)良的抗乙醇和煙霧干擾能力。其具體模塊設(shè)計(jì)是采用優(yōu)質(zhì)的雙面板設(shè)計(jì)，有電源指示和TTL信號(hào)輸出指示，同時(shí)有DO開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出和AO模擬信號(hào)輸出；TTL輸出有效信號(hào)為低電平，當(dāng)輸出低電平時(shí)信號(hào)燈亮，可直接接單片機(jī)，另外在外觀設(shè)計(jì)上有四個(gè)螺絲孔便于定位，使用壽命較長(zhǎng)，具有可靠的穩(wěn)定性。

Mq7氣體傳感器的核心控件為氣敏元件，由微型AL2O3陶瓷管和SNO2敏感層、測(cè)量電極和加熱器構(gòu)成，固定在塑料或不銹鋼腔體內(nèi)。

（四）電磁閥

本報(bào)警器中筆者采用電磁閥作為切斷氣源的執(zhí)行器，元件是3v106型AC220V電磁閥。電磁閥是用電磁控制的工業(yè)設(shè)備，主要是依靠電磁線圈產(chǎn)生的電磁力來(lái)驅(qū)動(dòng)閥門(mén)的開(kāi)關(guān)，可以配合不同的電路實(shí)現(xiàn)預(yù)期控制，而且能保證控制的精準(zhǔn)度和靈活性，當(dāng)通電時(shí)，電磁線圈產(chǎn)生電磁力，關(guān)閉件將會(huì)從閥座上被提起，因此閥門(mén)打開(kāi)。斷電時(shí)，電磁力消失，彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門(mén)關(guān)閉。

通過(guò)MQ7氣體檢測(cè)器檢測(cè)氣體濃度，發(fā)送報(bào)警短信，由電磁閥控制氣體閥門(mén)開(kāi)關(guān)，可以靈活便捷地檢測(cè)室內(nèi)氣體是否達(dá)到預(yù)警值，很大程度上減少煤氣泄漏造成的人身和財(cái)產(chǎn)隱患。

參考文獻(xiàn)：

[1]張小英.基于單片機(jī)的燃?xì)庑孤﹫?bào)警器的設(shè)計(jì)[J].信息記錄材料，2017，18（10）：150151.

[2]張遠(yuǎn)鵬，楊年法，張福，等.基于GSM的遠(yuǎn)程煤氣報(bào)警器[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，2014，（2）：5253.

作者簡(jiǎn)介：趙永濤（1988），男，漢族，甘肅金昌人，本科，電子科技大學(xué)，助教，單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)，自動(dòng)化；高英俠（1989），女，漢族，甘肅永昌人，本科，東北大學(xué)，講師，自動(dòng)化；滕雪漪（1993），男，漢族，甘肅金昌人，本科，沈陽(yáng)理工大學(xué)，助教，車(chē)輛工程。