一种基于单片机的家用煤气检测报警装置

摘 要：文章设计的煤气检测报警装置以AT89S51单片机为主控制器，利用气敏传感器检测信号、数模转换芯片进行浓度转换。当环境中煤气浓度发生变化、超出设定安全范围时，报警电路发出报警声信号，同时，自动关闭煤气阀门，打开排气扇，实现自动检测控制。

关键词：51单片机;煤气检测;气敏传感器;报警系统

随着我国社会经济的发展与人民生活的不断水平提高，家用煤气得到了普及，不可否认，煤气的价格低廉、利用率高，给生活带来了极大便利，但随之也带来了一系列问题。煤气的主要成分是H2和CO，其中，CO对人体危害非常大，当CO质量分数达到0.06%时，人就会出现头晕等症状，当质量分数继续升高，则有可能危害到生命安全。同时，CO在空气中极其不稳定，与空气混合后易发生爆炸，给人们的生命财产安全造成巨大的损失。在生活中，因为用户的粗心或者使用不规范，煤气的泄漏事故时有发生，导致许多鲜活的生命因此而逝去，应该避免类似的悲剧发生。

本文设计的基于51单片机的家用煤气检测报警装置很好地解决了这一问题，该装置操作简单、实用性强，而且设计成本不高，适用于普通家庭。

1    系统结构

本文设计的基于单片机的煤气检测报警装置系统框架如图1所示，该装置能够对煤气中CO的浓度进行检测，并实时显示在LED屏幕上，在检测到浓度超标时，会发出警报，并自动处理，排除危险。具体原理：由气敏传感器检测出室内空气中CO的浓度，将输入量转换成为模拟信号，再由信号放大器对模拟信号进行放大，由A/D转换器将模拟信号转变成为数字信号并传输到单片机，由单片机进行处理，判断浓度是否超过设定值，并输出电信号显示在LED上。

本装置主要包括：用户输入模块、CO气体检测的检测模块、A/D转换模块、声报警的报警模块、LED显示模块、执行模块[1]。

2    主要硬件结构

2.1  单片机

本装置选用AT89S51单片机，是一款低功耗、高性能的CMOS8位单片机，片内有一个4 kB的Flash程序存储器，能够兼容MCS-51指令系统和80C51引脚结构，芯片内集成了通用的8位中央处理器及ISP Flash存储单元。该系列的单片机发展比较成熟，应用广泛而且性能稳定、售价较低，能大大降低装置的生产成本。

2.2  MQ-7传感器

基于安全性和经济实用性的考虑，本装置最终选取了MQ-7传感器来检测CO浓度，使用气敏材料二氧化锡（SnO2）。具体原理是利用SnO2在不同成分空气中的电导率不同，当空气中掺杂了CO时，SnO2的电导率升高，电路中地输出信号增高，对应空气中CO浓度的升高。采用高温和低温循环的模式，实现实时检测，低温时检测浓度，加大电压变成高温时则能清洗掉吸附在传感器上的气体。同时，该传感器的灵敏度非常高，能够确保装置的安全性、可靠性[2]。

2.3  A/D转换器

A/D转换器采用ADC0832芯片进行模数转换，ADC0832芯片是由NS公司生产的8位转换器，能通过三线接口与单片机相连接，体积小，功耗低，兼容性强，而且价格低廉，适合在体积较小的设备中使用，与本文设计的装置完美契合。在实际操作过程中，由该芯片将传感器传出的模拟信号转变为数字信号后，发送给单片机。

2.4  报警模块

报警模块主要由蜂鸣器和三极管所组成，蜂鸣器的两个引脚与三极管连接，当检测到有煤气泄漏时，由单片机输出高电平到三极管的基极，三极管基极导通，集电极和发射机连接，使得发射机电平为零，使蜂鸣器受正压，蜂鸣器被导通，发出声音报警[3]。

2.5  执行模块

执行模块与报警模块的工作原理类似，当检测到有煤气泄漏时，由单片机输出高电平，使排气扇的电路导通，开始排气。同时，单片机对电磁阀门输出低电平，使电磁阀门关闭，停止煤气的泄漏。

2.6  显示模块

本装置选用了LCD1602液晶显示屏，是一款工业字符型液晶，能够显示32个字符。该显示屏的工作电压为3.3 V/5 V，其对比度可调、内部含有复位电路、能够提供各种控制命令，如：清屏、光标闪烁、字符闪烁、显示移位等功能。因其微功耗、体积小、超薄轻巧、显示内容丰富等优势，市场应用十分广泛[4]。

3    主要软件设计

主程序流程如图2所示，初始化程序主要包括：设置堆栈指针、设置初始变量、分配变量的内存空间等[5]。系统默认了煤气浓度报警值为0.05，用户也可以根据实际情况自行设定阈值。浓度采集程序根据要求对转换器转换的数据进行实时采集，由单片机对采集的数据与设定追做比较，当测量值超限时，程序报警，发出对应的高低电平，自动采取安全措施。

4    结语

本文设计的煤氣检测报警装置结构简单，用户操作方便，而且准确性高，具有较高的使用价值，还可用于公共场合，如餐厅、学校食堂、火车地铁站等人流密度大、安全风险高的地方，确保人员安全，具有良好的市场前景。

[参考文献]

[1]郭振华.半导体气体传感器及其阵列的检测技术研究[J].北京：电子工业出版社，2009.

[2]王程研.基于AVR单片机的智能家庭测控报警系统设计[J].科技创新导报，2010（26）：92.

[3]李育生，常晓明，阎晓伟.基于单片机的煤气渗漏监控系统的设计[J].山西大同大学学报，2008（3）：43-45.

[4]孙小春.基于单片机的无线火灾报警系统研究[J].海南大学学报，2013（3）：254-256.

[5]李智岩，刘玥，柳娟，等.基于单片机的室内环境监测系统设计[J].信息技术与信息化，2016（12）：17-19.

基金项目：江苏大学2019年大学生科研立项项目（18B070）

作者简介：高远东（1999— ），男，汉族，湖北宜昌人，本科生;研究方向：仪器学。