基于单片机控制的车内有毒气体检测报警器

鲁梦超　张刘安　吴贵芳

摘 要：介绍了基于AT89S52单片机的智能车内有毒气体检测报警器装置的设计方案，阐述了系统总体结构、硬件组成和软件设计，从而实现对车内空气除氧气外，以一氧化碳、二氧化碳为主要成分和其他有毒气体的浓度含量进行实时检测，并通过报警器发出报警声以提醒车内人员及时开窗通风，防止中毒。该系统具有体积小、成本低、工作安全可靠等特点，适用于小型汽车，中大型客车。

关键词：单片机;有毒气体;检测;报警装置

1 概述

汽车是一个相对封闭的空间，人们长期使用过程中，汽车内部由于不经常通风、空调老化、车体装修等原因都会造成车内空气质量变差的情况，空气中主要有害物质包括甲醛、二甲苯、苯等，长时间接触有致癌风险。如果车子停驶时，仍开放空调，发动机排出的一氧化碳便可能逐渐聚集在车内，加之车内人员呼吸耗氧而排出二氧化碳，会导致车内缺氧，严重时会中毒乃至丧失生命。当汽车内长时间处于关窗状态，车内氧气浓度会下降，二氧化碳浓度会上升，当二氧化碳浓度值达到一定值后，车内人员会出现头晕、头痛等不适感，这将降低驾驶员的反应能力，加大汽车事故的发生。本文将设计汽车有毒气体检测报警装置加以解决。

2 系统总体设计

该系统设计采用模块化设计思想，以AT89S52单片机为控制器，分别与一氧化碳传感器，二氧化碳传感器和其他有毒气体传感器相连接，还与指示灯，蜂鸣器，显示屏，电源等部分相连接。通过各个气体传感器对车内有毒气体含量进行数据采集，把这些采集到的模拟信号通过A/D转换器转换成数字信号，再送给AT89S52单片机，将采集的数据由单片机送到显示屏进行数据显示，即车内有毒气体浓度的数值。同时将采集的数据与报警器内部设定的危险性进行比较，超过报警值后，AT89S52单片机使蜂鸣器工作，产生报警声，以提醒人们注意车内有毒气体含量，及时开窗通风，防止危险发生。系统模块框图如下图所示。

3 硬件电路模块设计

（1）电源电路。采用直流电源为整个检测报警装置供电。直流电的获取：两节普通1.5V的电池串联通过Boost升压模块上升为5V左右直流电，然后将5V左右的直流电压接入装置的各个模块中。

（2）单片机控制模块。该系统采用单片机构成具有判断、运算、控制和显示能力的装置，它处理的信息量复杂程度不是太大，所以系统的控制核心部分使用AT89S52单片机即很好的实现检测和报警系统的控制和管理要求。

（3）气体传感器模块。气敏传感器的测量原理是：通过被测气体与气敏原件发生的化学反应及物理反应等机理，把被测气体种类的变化转化为气敏原件输出电压或电流变化。本系统中使用的气体传感器有一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、有机蒸汽传感器，其中有机蒸汽传感器对甲苯、丙酮、乙醇、甲醛的灵敏度高，用于检测一氧化碳和二氧化碳之外的有毒气体。在对系统的需求进行分析后，经过调研和计算，对系统的传感器进行选型，分别是：MQ-7一氧化碳气体传感器、MG-811二氧化碳气体传感器和MQ138有机蒸汽传感器。

（4）液晶显示屏模块。该系统采用TC61602A液晶显示模块，是一种16字×2行的字符型液晶显示模块，其显示面积为64.5×13.8mm2。当气体传感器采集到数据为电信号，经电路输出给单片机的A/D转换接口，经过计算和处理后气体浓度以ppm为单位显示在液晶显示模块上。

（5）报警模块。装置启动报警模块后，蜂鸣器会发出间断声响，以及LED灯光会发出闪烁信号提醒车内人员车厢有毒气体浓度到了危险值，请及时开窗通风。通过多种气体传感器将车内各种气体的浓度值转换为模拟电量输出，对于输出的模拟电量进行放大处理，然后将多路传感器输出的模拟电信号接入ADC0809模数转换芯片模拟量输入引脚中，ADC0809的EOC引脚与AT89S52单片机外部中断引脚相连，当ADC0809转换结束后EOC变为高电平随即向AT89S52提出中断，AT89S52单片机获得ADC0809转换的数字量。单片机通过对于车内气体浓度进行分析和处理，最后通过单片机驱动与之相联的外围电路做出相应动作。

4 程序设计框架

单片机中写入的程序以中断服务子程序作为单片机气体浓度数值获取、分析和处理的程序，主程序只完成相关的初始化环节和等待响应环节。电源启动后，单片机首先进行相关初始化以及中断服务子程序的填装。初始化结束后单片机进入等待状态，ADC0809转换结束后EOC引脚变为高电平向单片机提出中断，单片机进入中断服务子程序中，在中断服务子程序完成对于气体浓度的数值的获取、分析和处理气体。根据处理结果驱动单片机的外围电路做出相应动作。如果车内气体浓度超过浓度预设值，则启动指示灯和蜂鸣器发出报警，超过一定时长，报警结束，气体传感器再次采集气体浓度，以此循环。

5 结论

本文设计的气体检测报警装置可实现一氧化碳、二氧化碳和甲醛等气体的浓度测量，并实时显示和报警。以AT89S52单片机作为核心控制器，设计出車内有毒气体检测报警器，该系统具有成本低，实用性强，检测灵敏，工作安全稳定等优点，具有良好的应用价值。

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