基于51單片機GSM煤氣泄露報警器的設計

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注的焦點，對煤氣的監控也刻不容緩。隨著信息化時代的到來，我國的專家學者們對于煤氣泄露有了進一步的研究，能夠有效的檢測煤氣，保證人們的生命與財產安全。基于單片機GSM智能煤氣泄露報警器，以AT89C51單片機為核心的智能煤氣泄露檢測系統，能夠有效的解決煤氣泄露帶來的威脅，具有非常強的實用性，并且設計成本較低，系統在穩定性方面也較可靠，還能夠實現智能通信，比如自動關閉閥門以及自動排氣等，適用于普通家庭使用。

1  系統整體設計

本研究主要基于AT89C51單片機為核心，設計的一款煤氣泄露檢測系統，該系統的主要功能是能夠快速并且準確的檢測出被測氣體中的有害物質，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CO氣體與空氣混合達到一定的定值后將會有爆炸的可能，如果該氣體通過人體的呼吸腸道進入到血液中，將會使人體組織出現缺氧，難以呼吸，因此，CO氣體在煤氣中是對人體傷害最大的有毒氣體。如果系統一旦檢測到氣體濃度超標，會通過液晶顯示屏顯示出有害氣體的濃度，當超過設定的值時會發出報警信號，為了提供系統的高效性，在該系統中加入了智能化的人機交互界面，通過GSM模塊將報警的信號及時傳送到用戶的手機中，并自動關閉閥門，開啟抽風機功能，系統的設計結構圖如圖1所示。

圖1  基于51單片機GSM智能煤氣泄露報警器結構設計圖

2  系統硬件結構

2.1  單片機

單片機又稱為單片微型控制器，單片機并不是為了完成某一個功能的芯片，而是將整個計算機系統都集成在這一個芯片中，類似于一個微型的計算機，但是與計算機相比的話，單片機沒有I/O設備。單片機特點就是體積非常小，而且質量保證，成本低，為學習與應用開發提供了非常方便的條件。單片機的使用領域非常廣泛，能夠應用在智能的儀表中、通信的設備中以及家用的電器中，本研究就重點研究單片機在家用電器中的具體應用，產品一旦加入單片機，就表示產品的升級，比如智能洗衣機和智能報警器等。在智能報警器的主要作用就是接受來自傳感器的濃度模擬信號，并對信號進行處理，將模擬數字轉換后的信號用作濾波，在進行線性處理，實現這樣的功能需要單片機有較快的運算功能，而本次實驗采用AT89C51單片機進行處理。該系列的單片機是一個具有低電壓和高性能并帶有4K字節的程序存儲器，能夠反復的擦寫編程，數據存儲器有128字節，采用的是ATMEL公司的存儲技術，數據不容易丟失，能夠與其他系列的單片機相互兼容，芯片中含有中央處理器以及存儲的單元，因此51單片機被應用在智能報警器的控制領域中。

2.2  MQ-5傳感器

煤氣檢測傳感器主要的功能就是檢測室內環境中是否有煤氣泄露的情況發生，因此選擇專門的氣體傳感器MQ-5，該系統集成了氣體的敏感層、電極線路、防爆裝置、卡環以及針狀的管腳，對液體、煤氣都有非常高的靈敏度，最大的特點就是對乙醇以及煙霧等氣體沒有反應，能夠減少系統誤報的可能性。

2.3  GSM模塊

在本系統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，發送線、接受縣和地線，將單片機與GSM模塊進行連接時，只需要通過這三根線就能夠實現通信功能，將計算機端與單片機進行實時連接，快速實現數據的傳輸與語音通信服務，GSM電路中的額單片機主要通過RS232串口功能，將相關的指令傳送到GSM模塊中，該模塊中連接網絡后便可以與單片機進行數據的通信，GSM模塊的指令將會返回進行驗證，這樣能夠保證通信的安全性與準確性，當確認指令無誤后，GSM模塊將會自動發送短信或者撥打用戶的電話，手機將會做出相關的回應，然后GSM模塊將受到的信息傳送到單片機中，單片機將會根據反饋的信息進行相應的緊急措施。

2.4  電磁閥

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

3  系統軟件設計

煤氣泄露警報系統的軟件設計重點在于對報警的信號進行實時的檢測，并對GSM模塊進行有效的控制，以51單片機為系統檢測的核心，使用C語言進行編程，而整個系統模塊之間都能夠進行相互的連接與通信，比如系統的初始化模塊、自動關閉閥門模塊、自動通風模塊以及GSM模塊，當系統通電后進行參數的設置，通過設置上限值提高系統的安全性，設置完成后，系統在通電的狀態下進行自動檢測模式，如果檢測到濃度高于上限值，便會發出報警信號，關閉閥門啟動通風模式，然后通過GSM模塊將報警信號遠程通知用戶，完成一系列的操作。具體流程如圖2所示。

圖2  軟件總體設計流程

單片機通過AT指令對GSM模塊進行控制，比如“AT+CSCA，設置短信中心”、“AT+CMGC，發出一條短信命令”、“AT+CMGR，讀取短信”、“AT+CMGS，發送短消息”等，短信處理的流程圖如圖3所示。

圖3  短信處理流程圖

基于單片機的煤氣泄露報警系統，以單片機為核心，并與GSM模塊進行結合使用，給系統提供了一個非常好的創新設計，可以根據在該系統的基礎上進行拓展，比如將GSM煤氣泄露報警系統進行擴展，以一棟樓作為系統的整體，然后將整個系統分為用戶模塊與監控模塊，用戶模塊主要負責煤氣的檢測與報警功能，而小區的監控模塊則需要對每一個用戶進行信號檢測，并對信號進行處理，對于發生煤氣泄露的情況，通過GSM模塊以短信的方式通知用戶，便于用戶對煤氣泄露事件進行及時的處理。或者是將GSM煤氣泄露報警系統的主控制器中再增加一些其他的功能，比如智能防盜系統以及遠程監控系統等，在系統中只需要引入適合的傳感器就可以將其升級為一個智能家具的全新系統，保護用戶的財產安全。

4  結語

通過上述設計，對煤氣泄露報警器進行實時檢測，通過數據對比判斷煤氣泄露的濃度，當濃度達到一定的設定范圍時將會發出報警信號，并自動關閉閥門并開啟排氣功能，采用AT89C51單片機和MQ-5氣敏傳感器作為系統的核心部件，對煤氣報警器進行控釋，電路設計簡單，可靠性高，檢測靈敏度以及系統的實時控制好，市場應用價值廣闊。

本文來源：《企業科技與發展》：http://www.007hgw.com/w/qk/21223.html