基于51單片機(jī)GSM煤氣泄露報(bào)警器的設(shè)計(jì)

隨著人們生活水平的不斷提高，煤氣的使用給人們帶來便利的同時(shí)也帶來了巨大的危害，由于煤氣本身的危害性較大，因此，煤氣安全成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，對(duì)煤氣的監(jiān)控也刻不容緩。隨著信息化時(shí)代的到來，我國(guó)的專家學(xué)者們對(duì)于煤氣泄露有了進(jìn)一步的研究，能夠有效的檢測(cè)煤氣，保證人們的生命與財(cái)產(chǎn)安全?；趩纹瑱C(jī)GSM智能煤氣泄露報(bào)警器，以AT89C51單片機(jī)為核心的智能煤氣泄露檢測(cè)系統(tǒng)，能夠有效的解決煤氣泄露帶來的威脅，具有非常強(qiáng)的實(shí)用性，并且設(shè)計(jì)成本較低，系統(tǒng)在穩(wěn)定性方面也較可靠，還能夠?qū)崿F(xiàn)智能通信，比如自動(dòng)關(guān)閉閥門以及自動(dòng)排氣等，適用于普通家庭使用。

1  系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

本研究主要基于AT89C51單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)的一款煤氣泄露檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要功能是能夠快速并且準(zhǔn)確的檢測(cè)出被測(cè)氣體中的有害物質(zhì)，主要的含量是CO氣體。CO氣體無色無味，并且沒有刺激性，與水不相溶，當(dāng)CO氣體與空氣混合達(dá)到一定的定值后將會(huì)有爆炸的可能，如果該氣體通過人體的呼吸腸道進(jìn)入到血液中，將會(huì)使人體組織出現(xiàn)缺氧，難以呼吸，因此，CO氣體在煤氣中是對(duì)人體傷害最大的有毒氣體。如果系統(tǒng)一旦檢測(cè)到氣體濃度超標(biāo)，會(huì)通過液晶顯示屏顯示出有害氣體的濃度，當(dāng)超過設(shè)定的值時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，為了提供系統(tǒng)的高效性，在該系統(tǒng)中加入了智能化的人機(jī)交互界面，通過GSM模塊將報(bào)警的信號(hào)及時(shí)傳送到用戶的手機(jī)中，并自動(dòng)關(guān)閉閥門，開啟抽風(fēng)機(jī)功能，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1  基于51單片機(jī)GSM智能煤氣泄露報(bào)警器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

2  系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

2.1  單片機(jī)

單片機(jī)又稱為單片微型控制器，單片機(jī)并不是為了完成某一個(gè)功能的芯片，而是將整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都集成在這一個(gè)芯片中，類似于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，但是與計(jì)算機(jī)相比的話，單片機(jī)沒有I/O設(shè)備。單片機(jī)特點(diǎn)就是體積非常小，而且質(zhì)量保證，成本低，為學(xué)習(xí)與應(yīng)用開發(fā)提供了非常方便的條件。單片機(jī)的使用領(lǐng)域非常廣泛，能夠應(yīng)用在智能的儀表中、通信的設(shè)備中以及家用的電器中，本研究就重點(diǎn)研究單片機(jī)在家用電器中的具體應(yīng)用，產(chǎn)品一旦加入單片機(jī)，就表示產(chǎn)品的升級(jí)，比如智能洗衣機(jī)和智能報(bào)警器等。在智能報(bào)警器的主要作用就是接受來自傳感器的濃度模擬信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，將模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換后的信號(hào)用作濾波，在進(jìn)行線性處理，實(shí)現(xiàn)這樣的功能需要單片機(jī)有較快的運(yùn)算功能，而本次實(shí)驗(yàn)采用AT89C51單片機(jī)進(jìn)行處理。該系列的單片機(jī)是一個(gè)具有低電壓和高性能并帶有4K字節(jié)的程序存儲(chǔ)器，能夠反復(fù)的擦寫編程，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有128字節(jié)，采用的是ATMEL公司的存儲(chǔ)技術(shù)，數(shù)據(jù)不容易丟失，能夠與其他系列的單片機(jī)相互兼容，芯片中含有中央處理器以及存儲(chǔ)的單元，因此51單片機(jī)被應(yīng)用在智能報(bào)警器的控制領(lǐng)域中。

2.2  MQ-5傳感器

煤氣檢測(cè)傳感器主要的功能就是檢測(cè)室內(nèi)環(huán)境中是否有煤氣泄露的情況發(fā)生，因此選擇專門的氣體傳感器MQ-5，該系統(tǒng)集成了氣體的敏感層、電極線路、防爆裝置、卡環(huán)以及針狀的管腳，對(duì)液體、煤氣都有非常高的靈敏度，最大的特點(diǎn)就是對(duì)乙醇以及煙霧等氣體沒有反應(yīng)，能夠減少系統(tǒng)誤報(bào)的可能性。

2.3  GSM模塊

在本系統(tǒng)中智能電路主要采用的是TC35GSM模塊，該模塊帶有通信接口，串口通信主要有三根線組成，發(fā)送線、接受縣和地線，將單片機(jī)與GSM模塊進(jìn)行連接時(shí)，只需要通過這三根線就能夠?qū)崿F(xiàn)通信功能，將計(jì)算機(jī)端與單片機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)連接，快速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與語音通信服務(wù)，GSM電路中的額單片機(jī)主要通過RS232串口功能，將相關(guān)的指令傳送到GSM模塊中，該模塊中連接網(wǎng)絡(luò)后便可以與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信，GSM模塊的指令將會(huì)返回進(jìn)行驗(yàn)證，這樣能夠保證通信的安全性與準(zhǔn)確性，當(dāng)確認(rèn)指令無誤后，GSM模塊將會(huì)自動(dòng)發(fā)送短信或者撥打用戶的電話，手機(jī)將會(huì)做出相關(guān)的回應(yīng)，然后GSM模塊將受到的信息傳送到單片機(jī)中，單片機(jī)將會(huì)根據(jù)反饋的信息進(jìn)行相應(yīng)的緊急措施。

2.4  電磁閥

電磁閥的主要功能需要依靠電磁線圈產(chǎn)生的電磁力完成閥門的開、關(guān)控制，是工業(yè)制造中用于控制的執(zhí)行器之一，主要原理就是在通電的過程中，電磁線圈中產(chǎn)生的電磁力從座位上提起，然后打開閥門，斷電后電磁力會(huì)隨之消失，將彈簧力壓在閥座中，將閥門關(guān)閉，其優(yōu)點(diǎn)就是能夠在真空以及零壓條件下進(jìn)行工作，并且有較高的穩(wěn)定性。

3  系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

煤氣泄露警報(bào)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于對(duì)報(bào)警的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，并對(duì)GSM模塊進(jìn)行有效的控制，以51單片機(jī)為系統(tǒng)檢測(cè)的核心，使用C語言進(jìn)行編程，而整個(gè)系統(tǒng)模塊之間都能夠進(jìn)行相互的連接與通信，比如系統(tǒng)的初始化模塊、自動(dòng)關(guān)閉閥門模塊、自動(dòng)通風(fēng)模塊以及GSM模塊，當(dāng)系統(tǒng)通電后進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，通過設(shè)置上限值提高系統(tǒng)的安全性，設(shè)置完成后，系統(tǒng)在通電的狀態(tài)下進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)模式，如果檢測(cè)到濃度高于上限值，便會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，關(guān)閉閥門啟動(dòng)通風(fēng)模式，然后通過GSM模塊將報(bào)警信號(hào)遠(yuǎn)程通知用戶，完成一系列的操作。具體流程如圖2所示。

圖2  軟件總體設(shè)計(jì)流程

單片機(jī)通過AT指令對(duì)GSM模塊進(jìn)行控制，比如“AT+CSCA，設(shè)置短信中心”、“AT+CMGC，發(fā)出一條短信命令”、“AT+CMGR，讀取短信”、“AT+CMGS，發(fā)送短消息”等，短信處理的流程圖如圖3所示。

圖3  短信處理流程圖

基于單片機(jī)的煤氣泄露報(bào)警系統(tǒng)，以單片機(jī)為核心，并與GSM模塊進(jìn)行結(jié)合使用，給系統(tǒng)提供了一個(gè)非常好的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，可以根據(jù)在該系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展，比如將GSM煤氣泄露報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，以一棟樓作為系統(tǒng)的整體，然后將整個(gè)系統(tǒng)分為用戶模塊與監(jiān)控模塊，用戶模塊主要負(fù)責(zé)煤氣的檢測(cè)與報(bào)警功能，而小區(qū)的監(jiān)控模塊則需要對(duì)每一個(gè)用戶進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，對(duì)于發(fā)生煤氣泄露的情況，通過GSM模塊以短信的方式通知用戶，便于用戶對(duì)煤氣泄露事件進(jìn)行及時(shí)的處理?；蛘呤菍SM煤氣泄露報(bào)警系統(tǒng)的主控制器中再增加一些其他的功能，比如智能防盜系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)等，在系統(tǒng)中只需要引入適合的傳感器就可以將其升級(jí)為一個(gè)智能家具的全新系統(tǒng)，保護(hù)用戶的財(cái)產(chǎn)安全。

4  結(jié)語

通過上述設(shè)計(jì)，對(duì)煤氣泄露報(bào)警器進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，通過數(shù)據(jù)對(duì)比判斷煤氣泄露的濃度，當(dāng)濃度達(dá)到一定的設(shè)定范圍時(shí)將會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并自動(dòng)關(guān)閉閥門并開啟排氣功能，采用AT89C51單片機(jī)和MQ-5氣敏傳感器作為系統(tǒng)的核心部件，對(duì)煤氣報(bào)警器進(jìn)行控釋，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可靠性高，檢測(cè)靈敏度以及系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制好，市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值廣闊。

本文來源：《企業(yè)科技與發(fā)展》：http://m.00559.cn/w/qk/21223.html