一个简易的智能家居煤气报警器的设计

薛云飞　徐凯　黄智伟　刘华健　李少帅　余久久

摘要：设计一个简易的、基于单片机的智能家居煤气报警器。以单片机AT89C52作为报警器的主控制器，控制系统电路。以周围气体和温度传感器为辅，实现对泄露气体和温度的检测。报警器的设计采用了模数转换电路，通过数码管晶体显示器可显示气体浓度及室内温度，并且采用移动无线通信技术能将数据实时传送到手机客户端，从而起到报警功能。

关键词：煤气报警;单片机AT89C52;数码管晶体显示器;无线通信技术

中图分类号：TP311         文献标识码： A

文章编号：1009-3044（2021）06-0236-02

Abstract：Design of a simple smart home gas alarm based on Single Chip Micyoco （SCM） of AT89C52 as the alarm control system circuit. The detection of leakage gas and temperature is realized by surrounding gas and temperature sensor. The design of alarm adopts the analog-to-digital conversion circuit， which can display the gas concentration and indoor temperature through the digital transistor display， and adopts the mobile wireless communication technology to transmit the data to the mobile phone customer service terminal in real time， thus playing the alarm function.

Key words：gas alarm; SCM of AT89C52; digital tube crystal display; wireless communication technology

1 引言

随着人们经济生活和科技水平的提升，现在城镇居民大都住上了高楼大厦，人们的安全问题也越来越受到人们的重视。但是，在多数农村以及一些城市周边地区，用户日常生活使用管道气体（如煤气、天然气）、罐装液化气等还是非常常见。可燃性气体给我们带来的方便不言而喻，但它们对人体的危害也是显而易见的，为了人们生命安全，防止因燃气泄漏导致浓度过高而引起的煤气中毒和爆炸事件，为人们提供安全保障，减少不必要的财产损失煤气泄漏报警器的存在是非常重要的。本文设计一个结构简易、使用轻便的基于手机客户端智能家居煤气报警器，能够对周围气体的温度及浓度方面进行的检测，并提供声音预警，以保障居民生活安全。

2 总体功能设计

2.1 报警器主要功能介绍

1）气体检测：气体检测主要将燃气泄漏状态转化为高低电流信号，单片机接收信号，操控改变报警器的工作状态。

2）温度显示：运用温度传感器，从单片机I/O接入，在数码管上显示该状态下的温度值。

3）信息传送：要求报警器设计的性能可靠，经济合理。当出现周边气体（如煤气、天然气、液化气等）泄漏时，报警器能及时报警，将报警器的信息传送到用户手机的客户端。

2.2 设计方案

该方案包括硬件设计和软件设计。整体是对温度传感器，气体传感器构成前端检测模块，经信号处理电路后将检测的信号传送给单片机AT89C52主控制器进行比较判断，当温度或气体浓度超过设定标准值时报警，及时将信息反馈给手机客户端[2]。报警器的总体设计方案如图1所示。

3 主要硬件设计

本报警器的硬件设计主要基于单片机设计方案，采用具有低电压，高性能COMS 8位AT89C52单片机片，里面有8KB的可反复修改的程序存儲器M，拥有高密度、不易丢失性存储技术，适合MCS-51的指令系统，内置8位通用中央处理器CPU和 Flash 存储单元[1]。以下对报警器的主要硬件模块做简要设计介绍。

3.1 MQ-2气体传感器感应模块

当信号的数值符合A/D转换器的输入等级时，可以不用放大器放大;当信号的数值不符合A/D转换器的输入等级时，就需要放大器放大。所以MQ-2气体传感器要想把采集到的气体浓度模拟信号传送给单片机控制器就必须经过将模拟信号经过A/D转换器转化为可以识别的电信号给单片机。

3.2 DS18B20 温度传感器感应模块

DS18B20 温度传感器感应模块的设计以AT89C52 单片机作为控制核心，高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM。后者用于存储TH，TL值。数据先写入RAM，经校验后再传给EEPRAM。智能温度传感器DS18B20为控制对象，用数码转换以实现。

3.3 A/D转换模块

ADC0832为8位分辨率 A/D 转换芯片，分辨率高达256级，一般的模拟量的转变均适合，参考电压与内部电源的复用，芯片电压输出在0-5V之间，只需32μs的转换时间。数据检验通过双数据输出，缩减了误差，稳定性强，而且速度快，控制更加方便，通过DI数据输入端解决通道功能的选择。

3.4 按键控制模块

本部分采用三个按键，分别是设置确定键、加键、减键，接入单片机的P3口，引脚分别为15脚、16脚、17脚。因此可以设置报警浓度的上限值。

3.5 蜂鸣器报警模块

蜂鸣器通过三极管基极串联一个1k的电阻与单片机P2.0端口相连接，从而可以达到控制蜂鸣器报警的效果。

3.6 数码管显示模块

显示模块四位共LED数码管构成。内部的4个数码管公用a～dp8根数据线，因为里面有 4个数码管，所以它有4个公共端，a～dp12个引脚。a～dp8根数据线串联上拉电阻后正好接到单片机P0口，公共端接三极管实现动态扫描，将单片机处理好的信号输出显示到数码管屏幕上。

3.7 时钟电路模块

时钟电路相当于一个振荡器，提供一个节拍给单片机，单片机根据节拍进行各种操作。单片机中 XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出，本设计中选用的是石英晶振匹配电容，接入单片机的XTAL1和XTAL2共2个引脚，构成时钟电路的输入[3]。

3.8 无线通信模块

无线通信主要采用TC35模块来设计，通过串口接入电路与单片机控制模块相连，主要采用GSM（全球移动通信系统）的短信功能，采用单片机控制GSM发送GSM短信的方式，实现远距离报警的功能。主要负责实现远距离报警的功能。通过设置以下AT指令，GSM模块可以发送短消息等[4]。

4 系统调试

本报警器的系统调试流程如图2所示。

5 结束语

本文简单介绍了一个简易的、基于单片机的智能家居煤气报警器的设计过程，可以用于模拟家庭气体泄漏报警（预警）功能。本次设计是基于一个比较简单的单片机设计方案，实现煤气泄漏报警功能。今后在该报警器的基础上将针对性地进行各类气体及浓度试验，当系统检测到空气中的浓度超过我们手动设置的上限值时，单片机就会控制蜂鸣器报警发出尖锐的响声，并且控制数码管闪烁报警，從而保障人们居家生活安全。

参考文献：

[1] 李群芳.肖看，关新，等.单片机微型计算机与接口技术[M].5版.北京：电子工业出版社，2015.

[2] 刘明，陈建雪，王凯跃，等.基于GSM的智能家居环境监测报警系统设计[J].黑龙江科技信息，2016（34）：55.

[3] 梅丽凤.单片机原理及接口技术[M].4版.北京：清华大学出版社，2018.

[4] 陈宁波，冯彩虹，蔡凌云，等.基于GSM短消息的家庭防盗报警系统设计[J].河北工业科技，2013（2）：104-108.

【用稿通知：梁书】