董文濤，程醒沈陽(yáng)航空航天大學(xué)

家用煤氣泄漏檢測(cè)與自動(dòng)處理系統(tǒng)

董文濤，程醒
沈陽(yáng)航空航天大學(xué)

摘要：如今隨著越來(lái)越多的家庭開(kāi)始使用煤氣的同時(shí)，煤氣泄漏引起的事故也日益增多，這嚴(yán)重危害人們的生命與財(cái)產(chǎn)安全，煤氣泄漏日益成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。本設(shè)計(jì)就是基于STM32單片機(jī)的家用煤氣泄漏檢測(cè)與自動(dòng)處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)引入智能家居設(shè)計(jì)理念，不僅能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)、監(jiān)控與報(bào)警，而且在報(bào)警的時(shí)候能夠把報(bào)警信息通過(guò)GSM通信模塊發(fā)送到主人手機(jī)上同時(shí)可啟動(dòng)廚房排油煙機(jī)，將有毒氣體排出并關(guān)閉煤氣閥門(mén)。

關(guān)鍵詞：STM32單片機(jī)；智能家居；煤氣檢測(cè)；GSM通信模塊

現(xiàn)在人們的生活水平有了很大的改善，很多家庭都用上了管道煤氣。管道煤氣的一氧化碳含量為25％～30％，如果管道漏氣、開(kāi)關(guān)不緊，或燒煮過(guò)程中沒(méi)有充分燃燒，都會(huì)產(chǎn)生并積累一氧化碳?xì)怏w，一氧化碳無(wú)色無(wú)味，不易被察覺(jué)，當(dāng)空氣中一氧化碳含量達(dá)到0.04％～0.06％時(shí)，就可使人中毒；超過(guò)0.1％時(shí)，只要吸入半小時(shí)，人就會(huì)昏睡，進(jìn)而昏迷；達(dá)到0.4％時(shí)，只要吸入1小時(shí)就可致人死亡。其與空氣混合達(dá)12.5％時(shí)，還可能產(chǎn)生爆炸，造成極其嚴(yán)重的后果，給人民和國(guó)家?guī)?lái)很大的損失。所以能夠研制出有效并且用于家庭的煤氣檢測(cè)報(bào)警裝置具有重大的意義，其市場(chǎng)前景十分廣闊。

1　系統(tǒng)的工作原理

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于STM32單片機(jī)的家用煤氣泄漏檢測(cè)與自動(dòng)處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)引入智能家居設(shè)計(jì)理念，不僅能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)、監(jiān)控與報(bào)警，而且在報(bào)警的時(shí)候能夠把報(bào)警信息通過(guò)GSM通信模塊發(fā)送到主人手機(jī)上同時(shí)可啟動(dòng)廚房排油煙機(jī)，將有毒氣體排出并關(guān)閉煤氣閥門(mén)。

一氧化碳傳感器采集到的氣體信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號(hào)通過(guò)單片機(jī)運(yùn)算處理，與設(shè)定的值進(jìn)行比較，當(dāng)檢測(cè)值低于設(shè)定的值時(shí)，系統(tǒng)正常工作不會(huì)報(bào)警。當(dāng)檢測(cè)值超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，并把報(bào)警信息通過(guò)GSM通信模塊發(fā)送到主人手機(jī)上，告知房主家里煤氣泄漏并且通過(guò)繼電器關(guān)閉管道煤氣閥門(mén)。同時(shí)啟動(dòng)廚房里的排油煙機(jī)系統(tǒng)，將有害氣體抽出。其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)框圖

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1電源模塊

我們采用LM2940低壓差三端穩(wěn)壓芯片，其輸出電壓為5V，輸出電流是1A；當(dāng)輸出電流1A時(shí)，最小輸入輸出電壓差小于0.8V，最大輸入電壓26V；工作溫度-40～+125℃；內(nèi)含靜態(tài)電流降低電路、電流限制、過(guò)熱保護(hù)、電池反接和反插入保護(hù)電路。其使用很方便簡(jiǎn)單，僅需兩個(gè)外接電容即可。

2.2TFTLCD顯示模塊

TFT-LCD即薄膜晶體管液晶顯示器。TFT-LCD與無(wú)源TNLCD、STN-LCD的簡(jiǎn)單矩陣不同，它在液晶顯示屏的每一個(gè)象素上都設(shè)置有一個(gè)薄膜晶體管（TFT），可有效地克服非選通時(shí)的串?dāng)_，使顯示液晶屏的靜態(tài)特性與掃描線數(shù)無(wú)關(guān)，因此大大提高了圖像質(zhì)量。TFT-LCD也被叫做真彩液晶顯示器。TFTLCD模塊采用80并口與外部鏈接，采用16位數(shù)據(jù)線，大大提高了顯示速度。這里簡(jiǎn)介幾個(gè)重要的信號(hào)線：CS：TFTLCD片選信號(hào)；WR：向TFTLCD寫(xiě)入數(shù)據(jù)；RD：從TFTLCD讀取數(shù)據(jù)；RST：硬復(fù)位TFTLCD；RS：命令/數(shù)據(jù)標(biāo)志（0，讀寫(xiě)命令；1，讀寫(xiě)數(shù)據(jù)）；D[15:0]：16位雙向數(shù)據(jù)線。TFTLCD模塊的RST信號(hào)線直接接到STM32的復(fù)位腳上，并不由軟件控制，這樣可以省下來(lái)一個(gè)IO口。TFTLCD的D[15:0]信號(hào)線分別對(duì)應(yīng)STM32的PB[15:0]口，其他信號(hào)線CS、RS、WR、RD分別接到STM32的PC9、PC8、PC7、PC6口上。

2.3GSM通信模塊

該通信模塊的核心是SIM900A模塊。其可工作于GSM/GPRS900/1800MHz頻段；具有語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、短消息和傳真?zhèn)鬟f功能；供電范圍寬：3.2--4.8V；支持半速率、全速率、增強(qiáng)型速率語(yǔ)音編碼；支持AT命令；有標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)接口和完整的SIM卡閱讀器。STM32單片機(jī)與SIM900A模塊由串口進(jìn)行通信，通過(guò)AT指令可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、傳真、呼叫和短信等功能的控制。本設(shè)計(jì)就是STM32單片機(jī)通過(guò)串口向SIM900A模塊發(fā)送AT指令實(shí)現(xiàn)短信的發(fā)送功能。要實(shí)現(xiàn)STM32單片機(jī)與SIM900A模塊的串口通信，SIM900A模塊的STXD和SRXD必須接到STM32單片機(jī)上的RX與TX，即PA3口和PA2口,同時(shí)SIM900A模塊的GND要與STM32單片機(jī)的GND相連接。

2.4排氣與閉閥模塊

排氣與關(guān)閉煤氣閥門(mén)模塊主要由排油煙機(jī)、固態(tài)繼電器、燃?xì)怆姶砰y和L9352B驅(qū)動(dòng)芯片構(gòu)成。我們采用直流控制交流的單相固態(tài)繼電器，其是由固態(tài)電子元件組成的新型、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)器件。報(bào)警時(shí)，單片機(jī)信號(hào)觸發(fā)繼電器進(jìn)而啟動(dòng)排油煙機(jī)排氣。繼電器內(nèi)部采用專(zhuān)用光電耦合器隔離，可提高整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力并且工作穩(wěn)定可靠、開(kāi)關(guān)速度快以及使用壽命長(zhǎng)。

閉閥部分選用二位二通直動(dòng)式燃?xì)怆姶砰y和L9352B驅(qū)動(dòng)芯片。當(dāng)L9352B提供正向脈沖信號(hào)時(shí)，燃?xì)怆姶砰y線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門(mén)打開(kāi)；當(dāng)L9352B提供反向脈沖信號(hào)時(shí)，電磁力消失，彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門(mén)關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)燃?xì)忾y門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉。

3　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括延時(shí)子程序、中斷子程序、按鍵處理子程序、TFTLCD顯示子程序、GSM通信子程序、報(bào)警子程序等。系統(tǒng)上電并進(jìn)行初始化，初始化后在中斷子程序里進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換后的二氧化碳濃度值進(jìn)行顯示，并與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，如果大于預(yù)設(shè)值，進(jìn)行聲光報(bào)警，GSM短信報(bào)警，同時(shí)關(guān)閉氣閥并打開(kāi)排氣系統(tǒng)排出有害氣體。若沒(méi)有大于預(yù)設(shè)值，則系統(tǒng)正常工作。其程序流程圖如圖2所示。

圖2　程序流程圖

4　結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)實(shí)踐證明，此家用煤氣泄漏檢測(cè)與自動(dòng)處理系統(tǒng)能夠滿足設(shè)計(jì)要求。當(dāng)檢測(cè)一氧化碳超標(biāo)時(shí)能及時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警，通過(guò)GSM通信模塊將報(bào)警信息發(fā)送至房主手機(jī)，同時(shí)關(guān)閉煤氣管道閥門(mén)并啟動(dòng)廚房排油煙機(jī)系統(tǒng)，將有毒氣體排出室內(nèi)。其除了家庭外，還可應(yīng)用在其他一些領(lǐng)域，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

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作者簡(jiǎn)介：董文濤（1988-），男,本科,河南信陽(yáng)人,學(xué)生,研究方向：測(cè)控技術(shù)與儀器,工作單位：沈陽(yáng)航空航天大學(xué)。