利用GSM通讯技术对燃气报警器远程控制和信息交流

张懿之，李凯峰



利用GSM通讯技术对燃气报警器远程控制和信息交流

张懿之1，李凯峰2

（1.大庆实验中学，黑龙江 大庆 163316；2.大庆市测试技术服务分公司研发制造中心，黑龙江 大庆 163000）

利用GSM模块通讯技术对燃气泄漏远程报警装置进行智能控制和信息交流，能够方便、快捷地通知人们燃气泄漏险情发生的时间和位置，使有关人员及时采取有效措施遏制险情，把燃气泄漏危害在最短的时间内降到最小。这项应用可以称为燃气泄漏报警双保险，即便在千里之外的人们也能够在漏气发生第一时间得到通知，从而使及时得到报警消息的现场和非现场人员，可以实现赢得抢险的宝贵时间，有力地保障人们生命、财产和环境安全。GSM模块在报警器的应用，具有智能控制，材料易购，量产容易，用途广泛、实用等特点。此应用不仅可用于家庭，而且对有毒有害可燃等气体的泄漏检测都有十分重要的作用，如果加以推广，无论工业还是民用类危险气体的使用将会更安全、便利、可靠。

GSM模块；智能控制；信息交流；传感器

燃气广泛应用于人们的生产生活中，燃气泄漏导致的伤、残、死案例更是触目惊心。大家永远也不会忘记2015-08-12天津港爆炸事故，剧烈的爆炸和熊熊烈火，成了全民之殇。仅我们生活的小区，5年内就发生了2起惨烈的燃气泄漏爆炸事故。这些悲剧让我们痛而思考，怎样才能有效避免燃气泄漏引起的中毒、爆炸和火灾对财产、生命造成的危害？

值得我们思考的是，上述这些险情未酿成悲剧时，现场都有人员，他们为什么不仅不能阻止灾难的发生，反而身受其害？显然在险情初现时，现场人员大多因年老、病弱、幼小，或熟睡，或无法感知危险的存在……尤其冬季密闭环境下，燃煤、木炭取暖、家用燃气热水器外排不良等情况，存在极大的漏洞和危险因素，易产生严重危害，且漏气环境中人员不易发觉，漏气环境以外的人员更无法预知。因此需要一个智能远程设备，提醒现场和非现场人们更早、更及时、更有效地发现和处理燃气泄漏，避免和减少灾难的发生。

市场上现有的燃气报警器已具有现场报警和漏气锁死功能，本项目不再研究。利用GSM模块通讯技术和单片机自动化控制技术应用到燃气报警器中，可以对燃气泄漏远程报警装置进行智能控制和信息交流。本项目主要由GSM模块、单片机和半导体式气敏传感器模块组成。

1 整体结构设计

本报警装置由GSM模块通信、单片机控制系统和燃气传感器系统构成，它拥有一套智能完成检测、声光报警和短信通知报警的高级智能化报警系统。MQ-4传感器具有良好的稳定性、准确性和灵敏性。当装置检测到有毒、有害、可燃等气体泄露时，会立即启动报警，泄漏现场指示灯闪烁、蜂鸣器警报响起的同时，单片机控制GSM模块持续向预设手机号码发送燃气泄露报警短信，通知燃气泄露位置，让相关人员及时接收并采用安全可靠手段及时处理燃气泄漏险情。装置整体框架如图1所示。

图1 装置整体框图

2 装置硬件设计

报警装置中GSM短信模块电路、燃气采集电路、变压比较电路和单片机主导电路是构成该报警器的必需电路，它的主要核心是GSM模块系统、燃气传感器系统和单片机控制系统。GSM模块在燃气泄露报警装置中的应用，以52型单片机为控制核心，以燃气MQ-4传感器为探测模块，当燃气在空气中的浓度超过设定值时，报警器除发出声光报警信号外，还会被触发从而给指定手机发送报警短信。

2.1 报警器电路

我们选用的MQ-4气敏传感器对有毒、有害、可燃等许多气体都可以进行检测。在实际运用中，我们在被测范围内放入采集电路和信号放大电路，它的作用是测量是否有燃气泄漏。燃气传感器把搜集到的被测信号进行运放整理，使处理的信号可供单片机识别。当检测到燃气泄漏时，蜂鸣器工作，起到声音报警的作用。同时，单片机控制GSM模块持续向预设手机号码发送报警短信，通知燃气泄漏位置，以便及时采取有效抢险止漏措施。

2.1.1 MQ-4传感器采集电路

本装置中选用MQ-4燃气传感器作为报警装置的测量元件。MQ-4传感器灵敏度高，稳定性好，在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度，应答快速，抗干扰能力强，不需要经常清理和维修。

2.1.2 蜂鸣器工作电路

声音报警装置和单片机引脚P0.4连接，当检测到有害气体产生时，单片机的P0.4脚置为高电平，此时双极性晶体管控制蜂鸣器运作发出声音报警。

2.1.3 GSM短信模块电路

GSM，是全球移动通信系统的简称，是主要的蜂窝系统之一[1]。GSM网络具有稳定的网络信号和远距离通信的特点。SIM900A模块具有高集成度、小容量的通信模块，可实现呼叫和发短信功能，类似于手机，但相对于手机价格更低，因此被广泛应用。

2.1.4 按键调节电路

按键电路如图2所示，按键K1连接串口P1.0，K2连接P1.1，K3连接P1.2，K4连接RST。单片机初始化先给I/O接口赋一高电平，当任意一个按键闭合时，即相当于该I/O接口通过按键与地相连，变成低电平，程序一旦检测到I/O变为低电平，说明按键被按下，然后会执行对应的指令。

注：K1为布防按键；K2为撤防按键；K3为临时发送远程报警信息；K4为单片机复位按键，使系统恢复原有状态。

2.1.5 状态指示灯电路

在报警器工作时，添加指示灯对有无燃气泄漏的状况进行显示，效果更直观。绿灯接引脚P2.0，黄灯接引脚P2.2，红灯接引脚P2.5。单片机可以依照采集到环境燃气气体的浓度信号，从而命令不同的发光二极管发光。当被测范围内没有检测到气体泄漏信号时，绿色发光二极管工作，从而告诉我们当前测量范围属于正常；当黄色发光二极管工作时，则告诉我们被测范围内有气体泄漏信号，并由GSM模块发送短信通知；当红灯亮起时蜂鸣器工作，警告人们要赶快去查看是否有燃气泄漏。

2.2 装置中的控制元件——单片机

单片机在设计中起着决定性的作用，是该系统的心脏。一方面接收处理信号发送到微控制器的燃气传感器，另一方面也控制其他对应部分电路，比如控制声音报警和短信报警等。在完成一系列复杂信号的过程中，MCU的运行速度不仅快速，而且准确。芯片，我们选择了AT89C52控制器，它性价比高，实用性强。属于节能环保类，生活中的锂电池可以为它提供动力。它的存储空间大，不受外界干扰，对静电有抵抗能力，能够抵抗大范围的快速脉冲干扰，工作温度范围广，有4路I/O控制端口。

3 软件的系统设计

运用C语言程序编译成目标文件，录入单片机中，控制各个电路工作。探测出来的信号经比较器处理后发送给单片机，单片机软件程序判断之后驱动相应的指示灯和蜂鸣器报警，同时驱动短信发送模块向指定的号码发送短信。

Keil可以完成从编写到编译的一系列开发过程，可以将C语言程序编译成目标文件，形成HEX文件[2]。系统测试可以将HEX文件下载到单片机进行测试。

主程序启功，进入工作状态，要对漏气传感器进行预热，使其能够正常工作。程序初始化后，按键操作使系统进入布防状态，传感器进入工作状态，检测周围环境有无漏气信号，如果检测到漏气信号则对检测到的漏气进行变压比较，变成单片机可识别的电信号，控制GSM模块进行短信报警。主程序内有许多小的子程序，其中有初始化程序、控制程序、发光二极管控制程序、键位开关控制程序等[3]。

4 应用

GSM模块通讯技术对燃气泄漏远程报警装置进行智能控制和信息交流的应用可以实现燃气等可燃性气体的使用，更安全可靠。利用GSM模块通讯技术和单片机自动化控制技术，以漏气MQ-4传感器为探测模块，探测出可燃气体的环境浓度，经运放等处理后发送给单片机，单片机软件程序判断之后驱动相应的指示灯灯和蜂鸣器报警，同时驱动短信发送模块向指定的号码发送短信。该产品最大的特点就是将短息发送模块与单片机连接到一起，既可在现场报警，还可通知在千里之外的人知晓这一信息，让人们能够放心出行。本报警装置节约人工成本，生产费用低，实用性强，可广泛应用在家庭和存放易燃易爆气体的场所。

［1］刘勇.基于单片机和GSM的火灾报警器设计［J］.数字技术与应用，2012（1）.

［2］于智洋.浅析智能建筑中燃气泄漏自动报警系统的设计［J］.江汉石油，2008（2）.

［3］程晓舫，王瑞芳.燃气泄漏探测的原理和方法［J］.中国安全科学报，1994（9）.

2095－6835（2019）03－0124－02

TP277

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.03.124

张懿之（2001—），女，黑龙江人。李凯峰（1968—），男，黑龙江人，本科，学士学位，高级工程师，主要从事电子信息技术专业研发工作。

〔编辑：严丽琴〕