王大雷，何康，王楠，王龍，姜立勇

(宿州學(xué)院 機械與電子工程學(xué)院，安徽 宿州 234000)

0 引言

隨著生活水平的不斷提高，人民對日常生活中可能存在的安全隱患越來越重視，特別是室內(nèi)的有毒氣體[1-4].如燃?xì)獠煌耆紵?，可能產(chǎn)生CO等有毒氣體，房屋裝修也會產(chǎn)生甲醛等有害氣體，這些有毒氣體都會傷害到人類的身體健康，當(dāng)吸入過量的CO氣體時甚至導(dǎo)致死亡，給家庭帶來帶來嚴(yán)重的災(zāi)難.

為了解決上述問題，設(shè)計出了一種基于STM32與GSM的智能氣體檢測預(yù)警系統(tǒng).其主要研究內(nèi)容如下：1)研究STM32與MQ-7傳感器、MQ-135傳感器等模塊通信連接情況； 2)利用GSM通信網(wǎng)絡(luò)模塊，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控預(yù)警功能.

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

系統(tǒng)由STM32單片機與GSM無線移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合[5-7]，利用傳感器檢測等模塊，設(shè)計出一種性能穩(wěn)定可靠、成本低適合普通家庭的智能氣體檢測預(yù)警系統(tǒng).該系統(tǒng)由STM32單片機主控制器模塊、傳感器模塊、液晶顯示模塊、GSM模塊及報警模塊等.本系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖1所示.

系統(tǒng)的總體工作思路如下：首先利用MQ-7傳感器、MQ-135傳感器對室內(nèi)有毒氣體進行數(shù)據(jù)采集并送入STM32單片機；其次，STM32對采集的信號進行濾波處理，在液晶顯示屏中顯示氣體的濃度，并顯示數(shù)據(jù)與設(shè)定值進行比較，若超過預(yù)設(shè)值，系統(tǒng)則立刻啟動報警系統(tǒng)；最后，如果檢測室內(nèi)的CO等有毒氣體濃度高于預(yù)設(shè)值時，立刻通過GSM無線網(wǎng)絡(luò)模塊，能將室內(nèi)CO等氣體第一時間發(fā)送至預(yù)設(shè)手機用戶.

圖1 系統(tǒng)總計設(shè)計框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件設(shè)計包括STM32單片機主控制模塊、GSM無線移動網(wǎng)絡(luò)模塊、MQ-7與MQ-135傳感器模塊及液晶顯示模塊[8-9].

2.1 STM32主控芯片

根據(jù)設(shè)計系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性要求，選擇STM32F103C8T6作為主控芯片，主要因為STM32F103C8T6通用I/O口多，系統(tǒng)易于功能的擴展，時鐘頻率可達 72M，處理速度快，可以滿足系統(tǒng)實時性要求.它是一種性能高、成本低及低功耗的微控制器.STM32最小系統(tǒng)及外圍電路如圖2所示.

圖2 STM32最小系統(tǒng)及外圍電路

2.2 GSM 模塊

本系統(tǒng)采用的GSM模塊為WF-SIM900A模塊，其外接電路如圖3所示.其GSM無線移動網(wǎng)絡(luò)模塊的信號線與STM32主控模塊的I/O口PA2、PA3進行連接，使兩個模塊之間進行數(shù)據(jù)無線移動傳送.若室內(nèi)檢測有毒氣體超過預(yù)設(shè)值，系統(tǒng)立刻啟動GSM模塊，將室內(nèi)的氣體濃度檢測結(jié)果通過短信方式第一時間發(fā)送到房主手機上.

圖3 GSM模塊電路

2.3 顯示模塊

本系統(tǒng)選擇液晶顯示模塊為OLED(Organic Light-Emitting Diode).具有體積小、響應(yīng)速度快、圖像穩(wěn)定、分辨率較高及低功耗等優(yōu)點，其與主控模塊外接電路如圖4所示.與STM32主控模塊的I/O口PB3、PB4、 PB5和PA15進行連接，其主要功能實時顯示室內(nèi)有毒氣體濃度數(shù)據(jù).

圖4 顯示模塊電路

2.4 傳感器模塊

2.4.1 MQ-7傳感器

該模塊采用 MQ-7傳感器.該傳感器對CO有毒氣體檢測靈敏度較高.MQ-7傳感器信號線與單片機STM32的I/O口PA0相連，完成對CO有毒氣體數(shù)據(jù)采集，其外接電路如圖5所示.

圖5 MQ-7傳感器模塊電路

2.4.2 MQ-135傳感器

該模塊采用 MQ-135傳感器.該傳感器對煙霧和其它有害氣體檢測靈敏度較高，與外接電路如圖6所示.MQ-135傳感器信號線與單片機STM32的I/O口PA1進行連接，完成對煙霧和其它有害氣體的數(shù)據(jù)采集.

圖6 MQ-135傳感器模塊電路

2.5 報警模塊

該系統(tǒng)的報警模塊電路如7所示.報警器的信號線與單片機STM32的I/O口PA8進行連接，當(dāng)系統(tǒng)檢測有毒氣體濃度高于與設(shè)置時，STM32單片機會給報警系統(tǒng)一個低電平信號，使系統(tǒng)立刻報警.

圖7 報警模塊電路

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

該系統(tǒng)軟件設(shè)計包括有毒氣體濃度檢測模塊設(shè)計，液晶顯示模塊設(shè)計，報警模塊設(shè)計及GSM模塊設(shè)計.

系統(tǒng)軟件設(shè)計的總體思路如下：首先，系統(tǒng)初始化，設(shè)置有毒氣體的濃度參數(shù)的預(yù)設(shè)值，設(shè)定系統(tǒng)中斷及定時器等.接著，利用MQ-7傳感器、MQ-135傳感器對室內(nèi)有毒氣體進行數(shù)據(jù)采集與濾波處理，利用液晶顯示模塊實時顯示氣體的濃度，其次，將氣體采集顯示數(shù)據(jù)與設(shè)定氣體閾值進行比較，若超過預(yù)設(shè)值，則系統(tǒng)立刻啟動語音報警系統(tǒng)進行報警；最后，如果檢測室內(nèi)的CO等有毒氣體濃度高于預(yù)設(shè)值時，立刻通過GSM無線網(wǎng)絡(luò)模塊，能將室內(nèi)CO等氣體第一時間發(fā)送至預(yù)設(shè)手機用戶，系統(tǒng)軟件算法流程圖如圖8所示.

圖8 系統(tǒng)軟件算法流程圖

4 結(jié)語

本文利用STM32、傳感器、報警器與GSM無線移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)了智能氣體檢測系統(tǒng)設(shè)計.本系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)點如下，首先，電路設(shè)計簡單，檢測結(jié)果較為準(zhǔn)確，且功能穩(wěn)定可靠，實時性強；然后利用GSM模塊，是系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程通信功能，提高了系統(tǒng)的使用范圍，為智能氣體檢測提供技術(shù)保障.最后，系統(tǒng)軟件編程為C語言編程，其具有較好的移植性，開發(fā)速度較快，擴展系統(tǒng)新功能周期較短.本系統(tǒng)整體性能穩(wěn)定可靠，成本低，實時性強.