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
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