基于单片机的无线煤气泄漏报警装置

廖俊学

（西北民族大学，甘肃兰州，730124）

0 前言

煤气的应用十分普遍，无论是日常做饭，还是冬日取暖，都是人们必不可少的需要品，但煤气作为易燃易爆气体，如果发生煤气的泄漏可能造成很大的安全事故，人们没察觉时，可能造成人类一氧化碳中毒窒息而亡，还可能产生爆炸或火灾等严重的大范围安全事故，因此，煤气泄漏的检测就显得非常有必要。本文基于51单片机的处理器为核心，以MQ—2煤气检测报警传感器为检测装置，以蜂鸣器、发光led灯为报警装置，以GSM通信模块为通信装置，解决了煤气泄漏的检测，报警等问题，且弥补了一般装置不具备的通信问题以及成本高昂等一系列问题，实用性很强。

1 系统的主要功能

本文设计的这种基于51单片机的煤气泄漏报警装置，主要实现能够准确、快速的检测出被测气体中有害气体如一氧化碳、氢气、烷类、烯类、醇类等的含量，并通过LED显示屏显示被测气体中有害气体的浓度，当有害气体的浓度超过设定值时，报警装置发出报警声，并伴随着灯光闪亮，同时发送短信至用户手机，提醒用户煤气泄漏并作出相应措施。相信通过该系统，可以有效的降低因煤气泄漏引起的事故高发率。

2 系统的模块

2.1 单片机

51单片机是由因特公司生产的一个单片机系列，是一种可编程、可擦除的只读存储器的单片机。而51单片机最小系统是指单片机用最少的元件组成的可以工作的系统，通常包括了晶振电路、复位电路、单片机及电源。晶振电路由单片机的18引脚及19引脚构成，它们分别代表了芯片内部振荡电路的输出端与输入端，而晶振Y1通常也采用12MHz或11.0592MHz，51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。复位电路由9引脚串联一个电容及电阻构成，而串联的极性电容C的大小直接决定了单片机的响应时间，电容C的容值越大，复位时间越短，而复位是为了保证程序能在跑飞的情况下以及程序执行发生故障的情况下的正确运行。而电源的正负极直接连在单片机的40引脚及20引脚即可，同时31引脚接一个上拉电阻连到电源正极就可以选择程序是从内部ROM还是从外部ROM开始执行，当31引脚接高电平时，程序从内部ROM开始执行，反之，从外部ROM开始执行。单片机最小应用系统就相当于人的大脑，是及其重要的。

2.2 MQ-2煤气泄漏传感器

MQ—2是一种对液化气、甲烷、氢气、一氧化碳等气体具有高灵敏性的气体传感器，这种传感器可检测多种有毒有害且可燃性很强的气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。MQ—2气体传感器有4个引脚，其中有两个分别是工作电源的正负极，VCC与GND，还有一个DO引脚与一个AO引脚。其中AO为模拟量输出端，DO为TTL高低电平输出端，为了使设计简单和成本低廉，避免了运用AO端口，减少了A/D转换器的使用，且因为单片机只能处理数字量，所以本文中所用引脚为DO引脚。为了灵活设定门槛报警浓度，MQ—2气体传感器内部接有10千欧的可变电阻器，可以通过改变电阻值改变检测的灵敏度。当检测气体浓度达到门槛浓度时，MQ—2的LED亮绿灯，表示检测到煤气的泄漏。

2.3 报警模块

报警模块主要由蜂鸣器和发光LED灯组成。蜂鸣器有两个引脚，通常与三极管连用，三极管采用的是SP8050的NPN管。蜂鸣器的正极引脚直接接5V电源，另一个引脚接三极管的集电极，而三极管的发射极接地，基极接单片机的输出。当三极管的基极接收到单片机输出的高电平时，三极管的基极导通，发射极与集电极相连，发射极电平被拉低，蜂鸣器两端承受正压，蜂鸣器导通，发出声音，发光LED灯只需与蜂鸣器串联就可以达到蜂鸣器发出声响的同时使LED点亮。在这个过程中，为了防止过大的电压导致三极管烧坏，必须在三极管的基极串联一个电阻，同理，蜂鸣器两端也应串入电阻，但要防止串入的电阻过大，导致流过蜂鸣器的电流和蜂鸣器两端的电压很小，以致于蜂鸣器发出的声音很小，达不到报警的作用。报警模块通过声音和光亮的双重刺激，确保事故的发生能第一时间为人所知。

2.4 GSM通信模块

GSM模块是一种能提供标准接口且具有良好的操作系统、射频处理与基带处理的功能模块。GSM模块具有发送SMS短信，语音通话，GPRS数据传输等基于GSM网络进行通信的所有基本功能。本系统中智能通信电路部分主要采用TC35GSM模块, 该模块自带RS232通信接口, 可方便与PC机、单片机连机通信, 同时能够快速、安全、可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务和传真。单片机通过RS232串口将相关指令和内容发送给 GSM模块, GSM模块一旦连接到网络就可以立即与单片机进行通信, 其中 GSM模块中的每一个指令都设置了返回验证, 这进一步保证了通信的准确性。当最后确认指令和信息无误时,GSM模块就可以向手机发送短信或者拨打电话, 与此同时手机也可以作出回应, 收到的信息被GSM模块发送给单片机系统, 单片机根据传达回来的信息做出相应的控制措施。通过GSM通信模块，我们可以实时的把握煤气泄漏情况，保证了信息传达的及时性，处理事故的快速性、准确性。

2.5 显示器模块

本文所用的显示器为LCD1602液晶显示屏，它是一种工业字符型液晶，能够同时显示32个字符。LCD1602有16个引脚，其中第一个和第二个引脚为GND和VCC，分别接电源地和5V直流电源，然后第7引脚到第14引脚为双向数据端，通常连单片机的P0口，第5个引脚为显示器的读写信号端，与单片机的P3.6端口相连，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作，通过这个引脚选择了单片机与显示器的数据流通方向。第6引脚为LCD1602的使能端，即显示器的通断开关。其余引脚主要实现对显示器的亮度，对比度等显示效果进行调节。LCD1602具有可显示字母、数字、符号等功能，也提供了多种控制命令，列如清除屏幕、使显示的字符闪烁、使显示的字符移位等命令。LCD1602还具有体积小、轻便、价格低廉、功耗低等使用优点。所以它作为设计中显示模块的不二选择。用户可以十分方便的从显示器上读取信息。

图1

3 系统原理图

图1为本文设计完成后的系统的原理图，从图中我们可以清楚的看到整个系统的各个模块以及各个模块的组成。通过原理图及实验验证可知，本文设计的基于单片机的无线煤气泄漏报警装置实现了煤气泄漏的自动检测、报警以及通信等功能，同时也具有市场上某些产品并不具有的优点，具有一定的市场竞争能力，具有一定的市场和应用价值。

图2

4 系统软件设计

系统上电后进行参数设置，需要设置气体浓度的报警的最小值，将所编辑的程序通过看门狗写入单片机，当浓度大于这个值时，就会发出声光报警，并通过GSM通信模块向手机发送短信通知用户，达到通信的目的。

5 结论

综上所述，本文主要对各个模块的组成和实现进行了介绍分析，本文所设计的基于单片机的无线煤气泄漏报警装置，综合运用了单片机、检测与转换技术、模拟电子技术与数字电子技术等多门课程知识，主要针对了家庭煤气使用的泄漏检测与监控，能够实现煤气泄漏的自动检测、报警与通信功能，且具有成本低廉，使用方便等优点。