基于单片机的燃气泄漏检测报警系统概要

杜云飞 何晨 何榕 梁政 任泓羽

【摘 要】天然气作为工业发展的重要资源，其在现代生活中扮演的角色越来越重要。现实生活中也不仅仅只有天然气这一种可燃性气体，包括液化气等都是常见的资源。但以近几年来的新闻报道来看，可燃性气体带来的安全事故也时常发生，少有操作不慎或者疏忽都有可能造成煤气泄漏，引发火灾的情形发生，对人民的生命财产安全带来了极大的破坏。

【关键词】单片机;检测;报警

引言

基于此，设计一套安全可靠的系统实时监测环境中的可燃性气体浓度就显得尤为重要，这也是降低事故发生概率最有效的措施。一方面系统显示可燃性气体浓度来提醒屋主，另一方面启动报警装置让屋主警觉，可以很好的防止安全事故的发生。在此背景下应运而生的气体检测装置，正是信息时代的典型产物。传统的气体检测装置需要通过人工一一进行开启或者关闭工作，而现代气体检测装置数量越来越多，种类也越加繁多，当用户回到家中时，劳累的身体还需要对这些气体检测装置一一进行操作，加重了身体的负担，传统的模式已经不能够满足人们的需求，在这样的背景下，基于单片机的自动气体检测装置的产生很好的解决了这个问题。

一，系统功能设计

1.1 系统的技术要求

在设计系统结构时，一个关键步骤就是要对单片机的技术性能做出选择，指的是根据系统的性能要求来选择合适的单片机类型。这就需要结合实际的情形来进行合理的选择，经过几十年的发展后，业内对单片机的选型已经基本形成了标准，适用于大部分场合。常用的几个标准有以下几种：

（1）体积小：单片机是系统控制的中心模块，需要尽量选择体积小的单片机，减少占用的空间，这样在系统维护阶段也能表现出更好的性能。

（2）功耗低：功耗问题始终是系统设计必须考虑的一个问题，一般情况下单片机系统都是采用干电池供电。

（3）可靠性高：此标准指的是单片机系统在完成硬件部分的检测后能够在不同环境中表现出相同的性能，受环境影响较小，性能稳定。

1.2系统的组成及方案设计

在设计初期就明确需要完成的功能，如下：

（1）检测部分：能够对环境中的可燃性气体进行实时监测，并通过显示屏显示出来;

（2）报警部分：当检测气体的数据传输到单片机主模块处理后，判断浓度是否达到上限值，当超过上限值则启动报警装备。

在设计系统组成时主要参考的需要完成的功能。因为要对环境中的可燃性气体进行检测，因此包含气体传感器检测模块，接着采集的数据信息需要转化为数字信息，因此包含AD转换模块，数据转化为数字信息后需要交由单片机进行处理，因此包含核心的单片机模块，此外，还需要将处理后的浓度信息显示出来，因此包含显示模块，最后，需要将浓度信息与上限值进行对比，超过了上限值需要发出警告，因此还包含报警模块。

二，燃气泄漏检测报警系统硬件

2.1 主控模块

可燃性气体检测报警系统其核心控制模块为单片机模块。其核心控制作用主要表现在以下几个方面：首先，當可燃性气体检测模块检测好气体浓度数据后，会将此数据传输到单片机模块进行处理，处理时对单片机的处理性能有较高的要求，需要单片机有较高的处理速度[2]，能够及时获取从MQ-5传感器气体检测传感器部分传来的数据信息。其次，单片机需要将处理的信息传送给显示模块进行显示，让人们能够清楚的看到此环境中的气体浓度，达到很好的人机交互效果，方便屋主做好下一步计划和处理，MQ-5传感器气体检测传感器模块、显示模块和报警器等模块进行数据交互。

2.2 燃气检测电路的设计

在设计可燃性气体检测电路时，由于需要将模拟数据转化为数字数据，所以需要将MQ-5芯片电路模块和ADC0809芯片模块进行统一设计。当MQ-5传感器检测到气体的浓度信息后[3]，会将此模拟数据传给ADC0809模块进行数据转化，ADC0809处理后的数据才能交给单片机进行处理。

2.3 声光报警提示电路

在实现基本功能之外还需增加一个功能模块，当浓度值超过某一个阈值时，系统就能够发出警报信号，告知屋主应该进行下一步适当的处理。因此在系统设计中还加入了一个报警模块，使用的核心器件为蜂鸣器和LED。让蜂鸣器和LED实现报警功能，操作十分简单。在设计电路时需要注意的一个问题是，由于蜂鸣器正常工作的电流一般不超过30毫安，但是相较于单片机系统而言其正常工作的电流要远远小于这个值，且单片机本身无法提供30毫安的电流电路，因此为了解决这个问题，一般需要在报警模块中设计一个上拉电阻实现电流的降级，或者通过设计合理的放大电路，将单片机的小电流放大到能够让蜂鸣器正常工作的电流。

结语

燃气泄漏检测报警系统的核心部分是单片机、气体检测模块报警和报警的电路连接设计，检测报警装置设计的过程中融合了多学科知识，包括自动控制技术、硬件布线技术等，通过在电器设备上安装传感器使电器设备统一连接于单片机中，达到自动控制传感器工作的目的，减少了人力资源的消耗，同时节约了资源，操作简单。

参考文献：

[1]杨振江杜铁军李群《流行单片机实用子程序及应用实例》西安电子科技大学出版社2002.7

[2]陈玫玫《可燃性气体检测报警器的研制》2007

[3]郝光健《基于LabVIEW和单片机的室内环境监测预警系统的设计》2014

（作者单位：1.西北农林科技大学;2.天津工业大学;3.中移铁通有限公司福州分公司;4.惠州工程职业学院;5.杭州电子科技大学）