基于无线通信的燃气报警器的设计

单正娅

（无锡职业技术学院，江苏 无锡 214121）

燃气是人们家庭必备的燃料，由于某些原因，燃气可能会发生泄漏，其中的有毒气体会使人中毒甚至窒息而亡，若不能及时发现并处理，当燃气在空气中的含量达到2%～10%时，若遇到明火或火花还会引起爆炸，因此，实现燃气泄漏的自动监控、报警与处理便成为物联网时代智能家居发展的重要目标[1]。围绕上述问题，本文设计了一种基于GSM的燃气报警器，它采用MQ-2传感器模块采集气体浓度信号，当浓度大于设置的报警浓度时，输出低电平给STC89C52RC单片机，控制电磁阀关闭，同时利用SIM900A模块发送报警短信至指定的手机号码，从而实时、可靠、自动地实现了燃气监控及报警[2]。

1 系统组成

燃气监测报警系统的硬件主要有浓度检测、主控模块、应急处理模块、电源模块和GSM报警模块5大部分，如图1所示。浓度检测模块主要由半导体气体传感器组成，它是整个系统中关键的元件；主控模块由单片机及其相关软件组成，由程序对单片机进行控制以及信息的处理；应急处理模块主要是发生泄露后及时关闭阀门和打开排风扇；GSM报警模块将报警信息以短信的方式发送到手机上。

图1 系统框图

2 硬件设计

2.1 燃气检测模块

本文选用电阻式半导体气体传感器MQ-2来检测泄漏燃气。MQ-2经过敏感元件把气体浓度的变化转换成电阻的变化，并与电阻R3组成分压电路，从传感器4脚输出随烟雾浓度变化的直流信号，加到比较器的2脚。可调电阻R1构成比较器的门槛电压，当烟雾浓度较高输出电压高于门槛电压时，比较器LM393输出高电平；反之，转输出低电平。图2给出了燃气检测电路图。

2.2 主控模块

主控模块采用STC89C52RC单片机，该单片机是宏晶科技推出的新一代高速、低功耗、超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。依据单片机的引脚特性，在实际设计中，燃气传感器信号从P3.2输入，作为单片机的中断触发信号，下降沿方式，应急处理模块驱动信号从P1.0输出，GSM报警模块采用串行通信方式。

图2 燃气检测电路图

2.3 GSM模块

GSM模块采用SIMCOM公司的SIM900A，该模块是该公司推出的一款紧凑型产品，完全采用SMT封装形式，其性能稳定，外观精巧，性价比高。SIM900A采用工业标准接口，工作频率为900 MHz/1 800 MHz，内嵌 TCP/IP协议，可以低功耗实现语音、短信（SMS）、数据和传真信息的传输。SIM900A模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、电源模块、存储器、天线接口和其他接口6部分组成，如图3所示。

图3 通信模块功能框图

2.4 SIM卡接口

图4给出了SIM接口电路。图4中串在I/O口线中的20 Ω电阻用于匹配SIM900A模块和SIM卡之间的阻抗。SMF05C用于保护SIM卡免受静电放电或闭锁等其他电压引起的瞬态事件造成的损害。

图4 SIM卡接口电路

2.5 应急模块

应急模块由电磁阀和光耦等组成，电路如图5所示。当输入为高电平时光耦导通，后一级CE导通，从而使三极管导通。由于继电器就是一个线圈加上一个开关，当线圈有电流流过的时候，产生磁性，然后将开关吸和，同时对应的状态指示灯点亮。反之，当输入为低电平时，光耦未导通，后一级CE截止，这时三级管基极被下拉电阻拉为低电平，为“截止”状态，继电器不动作。因此，当采集到的实际燃气浓度大于系统设定值时，单片机的P1.0口发出的高电平信号使线圈得电，开关关闭，切断电磁阀中的气体输出。

图5 应急模块电路图

3 软件设计

3.1 主程序设计

主程序流程图如图6所示。系统先进行初始化，然后MQ-2传感器模块采集气体浓度信号，信号经放大电路，当浓度大于设置的报警浓度时，经过LM393双电压比较器输出低电平给STC89C52RC单片机，最后，当单片机检测到有报警信号时，进行延时确认，排除干扰，当确定是真正的报警信号时，关闭电磁阀的同时通过数据的发送驱动GSM模块对指定的手机号码发送报警短信。

图6 主程序流程图

3.2 GSM报警程序

假定13511658875为指定号码，利用AT+CMGS指令实现英文报警短信的发送。首先设置为“GSM”字符集（AT+CSCS=“GSM”）或文本模式（AT+CMGF=1）；再发送接收的手机号码 AT+CMGS=“13511658875”，等待模块应答返回＞；然后输入需要发送的内容 GSM TEST；最后以十六进制（HEX）格式单独发送 1A（即 0X1A）。

本文以STC89C52RC单片机作为燃气报警器的控制器，当探测到燃气浓度超标时，关闭电磁阀，并通过SIM900A模块报警，从而实现了远程通信报警，打破了报警地域的限制[4]。该系统作为物联网在智能家居方面的一个典型应用，在实际运行中得到了比较满意的效果。

[1]王湘云，董大波，吴南健，等.基于短距离无线/有线通信的燃气监测报警系统[J].电子技术应用，2013，39（7）：83-85.

[2]翟顺，王卫红，张珩，等.基于 SIM900A的物联网短信报警系统[J].现代电子技术，2012（5）：86-89.

[3]浦敏，李云飞，王宜怀.基于物联网的无线照明控制系统[J].照明工程学报，2011，21（2）：86-89.

[4]禹玺，董蕴华.基于电话网络的智能远程控制系统的实现[J].现代电子技术，2009，32（9）：3-5.