基于ST89C52的室內一氧化碳檢測系統設計

余曉宇，朱靈婉，朱滿意

（安徽文達信息工程學院電子電氣工程學院，安徽合肥 230032）

1 概述

目前，國內使用的民用燃氣主要包括天然氣、液化石油氣以及罐裝煤氣，大部分城市居民家里使用管道天然氣及液化石油氣，大部分農村居民家中及部分餐飲行業會選擇價格較低且具有便攜性的罐裝煤氣。由于設備不完善或操作者使用不當發生管道或罐體泄漏會使得一氧化碳的濃度超標。一氧化碳氣體的特點是無色、無臭、無味，一旦發生泄漏，人們很難察覺，吸入后會對人體造成傷害。為了避免濃度超標導致的人體中毒或者更嚴重的爆炸事故發生，除了提高產品本身的質量，還應采取相應的防治手段。

目前，市場上的小規模一氧化碳氣體檢測報警器功能較為有限且性能穩定性較低，大多都是需要居民在家的情況下才能使用，利用價值不高。而大規模的監控系統雖然穩定性更優，但價格昂貴，后續維護費用較高，且需要專門的技術人員來管理，不適用于一般的中小企業和家庭。因此，研制一款性能可靠、經濟實惠且低功耗的一氧化碳氣體檢測報警系統具有實際意義。

基于ST89C52的室內一氧化碳檢測報警系統，將傳感器的輸出信號通過模/數轉換電路處理后在LCD進行顯示，當一氧化碳濃度值超過設定好的閾值上限時，報警器發出報警，通過GSM（SIM800C）向“指定手機號”發送報警短信，居民手持手機即可實時接收信息。

2 系統整體設計

該系統使用單片機為控制主體，完成對室內一氧化碳濃度的檢測并在超過閾值后向終端發出報警。通過可燃氣體傳感器檢測室內的一氧化碳氣體含量，檢測得到的輸入模擬信號經過轉換電路轉為輸出電壓信號，該輸出信號由單片機控制，通過聲光報警電路向終端發送短信。氣體檢測測試儀的基本步驟：單片機采集MQ-7傳感器（主要用于家用氣體泄漏警報器和便攜式氣體檢測儀器的氣體傳感器）信號，將其轉換并儲存在數據儲存器中，單片機識別出氣體并通過特定的算法分析氣體濃度值，如果超過設定值，則向警報發送SMS，并將結果輸出到LED顯示屏。

系統主要功能模塊包括傳感器模塊、單片機模塊、報警器模塊、GSM短信報警、排氣扇以及LCD顯示器模塊等，其可以準確測量周圍環境中的一氧化碳氣體的濃度值，并實現每個模塊的功能控制和單片機編程語言的控制。

設計的報警器可實現的功能：在一氧化碳濃度達到閾值（100×10-6）時啟動蜂鳴器報警，2min報警無效后，立即啟動排風扇。系統整體設計，如圖1所示。

圖1 系統原理

2.1 硬件設計

該系統使用ST89C52單片機控制每個模塊。系統主要包括電源電路、A/D數據采集電路、傳感器電路、上電復位電路、晶體振蕩器電路、手動復位電路、LCD屏幕、按鍵輸入與GSM（SIM800C）、聲光報警電路等。系統設計框架是最小的單片機系統，單片機最小系統含有晶體振蕩器電路、單片機電路和復位電路。在測試環境中，通過A/D轉換器將輸出電壓模擬量轉為數字量，并將其發送到單片機ST89C52中，最終將一氧化碳濃度值在LCD液晶上進行顯示，當濃度達到預先設定的報警值時，儀器即發出報警信號。

2.2 軟件設計

該系統設計使用KeilμVision4進行程序編寫和調試，以C52為主要編程語言。系統經過上電復位，初始化，設置指定一氧化碳檢測濃度值，以及一氧化碳檢測上限值，并在LCD1602液晶顯示屏顯示檢測到的濃度值。主程序流程如圖2所示。

圖2 主程序流程

顯示界面子程序實現了系統設計的特定功能。當顯示主界面時，按鍵來判斷下一個狀態。按下功能鍵，將進入報警界面。此時，可以通過加減按鍵來設置警報值，并且可以通過按退出鍵返回主界面顯示；如果系統發出警報，則存儲報警值，否則繼續顯示主界面。顯示界面子程序流程如圖3所示。

圖3 顯示界面子程序流程

3 系統調試

3.1 電路焊接

根據電路設計原理圖設計元器件位置情況，清理電路板上的小孔等位置，主要防止灰塵等問題影響焊接效果。將元器件引腳固定在電路板的合適位置上，做好焊接準備。在焊接的過程中選擇合理的焊接順序：首先焊接要求較為簡單的零件，其次焊接較為普通以及較為復雜的元器件。

完成以上檢查，并保證正確后，就可以打開電源進行調試，注意電源的正極和負極不能接反。

3.2 實物系統調試

首先設計GSM（SIM800C）發短信操作流程。

（1）將準備好的移動卡芯片朝下、缺口朝外插進SIM800C模塊中。

（2）電路板用2A以上的手機充電頭供電（必須滿足，不可使用電腦）。

（3）板子上有兩個LED燈，一個用于電源指示燈，另一個用于NET（網絡指示燈）。板子上的NET指示燈大概是0.8s閃一下，這種狀態為沒有找到網絡狀態。若板子注冊到網絡，NET燈大概3s閃一下，這樣的情況GSM模塊功能才可以正常使用。

（4）發短信，設置接收短信的手機號碼。假設手機的號碼是A（如PHONE SMS：131********），SIM800C模塊里的手機號碼為B，則向B發送短信，且需要編輯的短信內容為：PHONE SMS：131********。

（5）板子返回set end，即設置成功。當接上電源時，液晶顯示屏第一行是所測煙霧值，第二行是設定值。當所測煙霧值大于設定值時（此刻測試用打火機吹滅火苗來模仿二氧化碳濃度，在MQ-7傳感器上端打著，利用噴出的氣體使二氧化碳檢測濃度增大），蜂鳴器報警，指示燈狀態改變，風扇轉動降低環境中的二氧化碳濃度并同時發送短信，如圖4和圖5所示。

圖4 set end設置成功

圖5 發送報警短信

4 結論

一氧化碳氣體濃度過高會嚴重威脅人們的生命安全。設計一氧化碳氣體檢測報警系統能夠實時對濃度進行檢測，能夠很好地保障用戶安全，起到檢測預警的作用。室內一氧化碳氣體檢測報警系統的設計結合計算機、工業控制、機械等技術。本文研究的一氧化碳氣體檢測與報警系統以單片機ST89C52為控制核心，集成液晶LED顯示模塊、A/D 轉換模塊、傳感器檢測模塊等多個模塊。本系統能夠準確檢測到室內一氧化碳的濃度是否超標并能夠及時報警，同時通過短信告知用戶，有效防止事故的產生。