有毒气体检测报警系统的研究

杨扬 陈亮

摘 要：本文介绍了一种基于AT89S51单片机的有毒气体检测报警系统，AT89S51单片机为主控制器，外加传感器模块、运算放大电路、模数转换器、显示电路、报警电路、电源电路等构成。

关键词：检测;数据传输;单片机

1 绪论

随着社会生活水平的提高，在日常生活中人们对周围环境的安全防范的要求越来越高。为了保障有毒气体在生产、运输和使用的过程中，不被泄露，危害人们的生命，有毒气体检测报警系统应运而生，有毒气体检测报警系统可以检测甲醛、氨气、苯和一氧化碳等气体的浓度，当浓度超过设定值，系统会自动报警，提示用户注意安全。

2 有毒气体检测报警系统的硬件研究

有毒气体检测报警系统的硬件部分包括AT89S51单片机为主控制器，外加传感器模块、运算放大电路、模数转换器、显示电路、报警电路、电源电路等构成。

2.1 气体传感器模块

有毒气体检测报警系统根据需要可检测多种有毒、有害气体，如甲醛、氨气、苯、一氧化碳等。这些气体对人体有害，但不易察觉，就需要专业的检测报警系统检测。

（1）甲醛传感器。甲醛传感器采用ME2-CH2O-Ф16型传感器，这种传感器是原电池型电化学传感器，工作时在电极上发生的氧化还原反应，由反应释放电荷形成电流，产生的电流大小与甲醛的浓度成正比，过程中遵守法拉第电磁定律，所以甲醛浓度的高低通过电流的大小反映。甲醛传感器具有低功耗、高精度、高灵敏度和稳定性的特点，因而广泛应用于民用用途。

（2）氨气传感器。氨气传感器应用ME4-NH3型氨气传感器，其实定电位电解型NH4传感器。ME4氨气传感器引脚分为三极，依次是工作电极、对电极、参比电极，参比电极和工作电极间加入恒电位差的外围电路，目的是保持恒定的电压。同时在电路中加入开关，以便加快ME4型氨气传感器的预热速度。

（3）苯传感器。苯传感器采用ME3-C6H6传感器，其也属于电化学型传感器，苯检测传感器具有较强的抗干扰能力、优异的重复性和稳定性、响应速度快、高精度和具有超大容量可充电锂电池。ME3-C6H6传感器的工作原理与氨气传感器相同，处理方式类似，不做过多的介绍。

（4）一氧化碳传感器。一氧化碳传感器采用MQ-7型传感器，MQ-7型传感器采用5V直流电来供电，具有双路信号输出，对一氧化碳具有很高的灵敏度和良好的选择性，并且具有长期的使用寿命和可靠的稳定性。

MQ-7型传感器的输出信号可以直接接在单片机接口。当MQ-7传感器检测到被测一氧化碳气体时，电路中的比较器对电压值跟传感器检测到一氧化碳气体的浓度进行比较，当一氧化碳浓度超过电位器设定的阀值时，此时比较器输出低电平LED灯亮，反之，当没有检测一氧化碳气体时或没有信号输出的时候，传感器输出高电平等于电源电压。在一般情况下，我们设定好传感器的输出电压值。单片机根据设定的输出电压值，转化为浓度值，使用者就可以看到。

2.2 运算放大电路

气体传感器如甲醛传感器、氨气传感器、苯傳感器和一氧化碳传感器的输出的电压值太低，导致无法直接读取，所以电路中加入运算放大电路。通过运算放大电路，对电压进行放大，然后再经过模数转换器读取数值。系统中的运算放大电路采用LM358。

2.3 模数转换器

模数转换器主要实现模拟量转化成数字量，模数转换器采用ADC0809。ADC0809是带有8位A/D转换器，其可以和单片机接口直接连接。ADC0809在.有毒气体检测报警系统中实现数据转换工作，多个气体传感器输出较低的电信号，并且电信号呈阵列式排布，经过运算放大电路LM358对其进行放大作用，经过处理后变为0-5V之间的直流信号，在送到模数转换器对信号转换。

2.4 主控制模块

本设计的主控制模块采用AT89C51单片机，AT89C51单片机具有速度高，功耗低等优点，在整个系统设计中起到主控制的作用，气体传感器收集到的数据，通过一系列的处理，最终传输给主控制模块，主控制模块根据存储的数据对比，做出相应的判断。

2.5 液晶显示模块

液晶显示模块采用LCD1602液晶屏，主要实现采集到信号的实时信息的显示功能。显示模块的选择主要考虑有毒气体检测报警系统本身的功能性设计要求和制作经费的限制。液晶显示模块LCD1602液晶屏显示两行，分别显示有毒气体和有毒气体的参数。

2.6 电源电路

电源电路采用7805稳压芯片，7805稳压芯片可以使电压稳定在5V左右。有毒气体检测报警系统由220V交流电经过变压器变压，将220V电压降为9V电压，然后9V电压经过整流过程变为直流电，再由7805稳压芯片把电压稳定在5V。

2.7 报警模块

报警模块主要起到安全警示的作用，当测得有毒气体甲醛、氨气、苯、一氧化碳的数值，传感器把测得的数值信号传输给单片机，单片机与设定值进行比较，如果数值超出限制，则打开报警。报警模块采用蜂鸣器和二级管构成，报警的同时，二极管发光，安全警示用户有毒气体超标。

参考文献：

[1]程俊红.基于单片机的烟雾报警器设计[J].信息通信，2014（2）.

[2]刘海洲.单片机在烟雾报警系统中的应用[J].电脑知识与技术，2010（8）.

[3]陈辉.基于单片机的火灾自动报警系统的设计[J].科技风，2013（10）.

作者简介：杨扬（1981-），女，硕士研究生，教师，研究方向：电子通信类;陈亮，男，学生，研究方向：电子控制类。