賈玉鑫 常永福 馬文琦

摘 要：我國每年因空間內(nèi)有害氣體濃度過高導(dǎo)致爆炸和人員中毒事件數(shù)不勝數(shù)。防范此類事件的發(fā)生一直是人們廣泛關(guān)注的問題。本設(shè)計(jì)是在傳統(tǒng)報(bào)警器的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)改進(jìn)，以STM32單片機(jī)為核心，利用各種傳感器和和一些外設(shè)組成一個(gè)短信報(bào)警處理系統(tǒng)，來達(dá)到報(bào)警和處理有害氣體的目的。

關(guān)鍵詞：STM32單片機(jī);傳感器;檢測(cè);報(bào)警;短信

Abstract： Every year in China， the excessive concentration of harmful gases in space leads to numerous explosions and poisoning incidents. Preventing the occurrence of this kind of incident has always been a widespread concern. This design is in the traditional alarm on the basis of upgrading and improvement， STM32 SCM as the core， the use of a variety of sensors and some peripherals constitute a message alarm processing system， to achieve the purpose of preventing and dealing with harmful gases.

Key words： STM32 MCU; The sensor; Detection; Call the police; SMS

0 引言

天然氣爆炸和一氧化碳中毒嚴(yán)重危害著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2019年上半年全國天然氣爆炸新聞大約370多起，在冬季一氧化碳中毒事件更是數(shù)不勝數(shù)。傳統(tǒng)的家用報(bào)警器只能實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，當(dāng)人不在房間內(nèi)發(fā)生一氧化碳聚集和天然氣泄漏時(shí)，氣體就不能及時(shí)得到處理，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重危害。此設(shè)計(jì)增加了通風(fēng)排氣和短信發(fā)送功能，能在泄漏時(shí)第一時(shí)間給指定的手機(jī)號(hào)發(fā)送短信，提醒人們采取有效措施，可以有效的避免災(zāi)難的發(fā)生。

1 短信報(bào)警處理器系統(tǒng)工作原理

采用STM32單片機(jī)為核心，MQ7一氧化碳煙霧傳感器對(duì)一氧化碳進(jìn)行檢測(cè)，MQ4甲烷煙霧傳感器對(duì)天然氣進(jìn)行檢測(cè)，DHT11溫濕度模塊進(jìn)行溫濕度的檢測(cè)，各個(gè)傳感器將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在OLED屏幕上，當(dāng)檢測(cè)到有害氣體濃度達(dá)到設(shè)定濃度值后，通過SIM900A短信模塊給指定手機(jī)號(hào)發(fā)送報(bào)警短信，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行聲光報(bào)警，并觸發(fā)繼電器來使排氣扇工作，進(jìn)而達(dá)到預(yù)防和處理的目的。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 煙霧傳感器的數(shù)據(jù)采集與顯示

MQ煙霧傳感器選擇AO端口，模擬量輸出。在無有害氣體環(huán)境中，設(shè)置傳感器的輸出電壓值為參考電壓，經(jīng)測(cè)得AO端的電壓在1V左右，當(dāng)傳感器檢測(cè)到被測(cè)氣體時(shí)，電壓每升高0.1V，實(shí)際被測(cè)氣體的濃度增加200ppm（簡(jiǎn)單的說：1ppm=1mg/kg=1mg/L=1×10-6 常用來表示氣體濃度）。由此參數(shù)在程序中進(jìn)行計(jì)算，就可以實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換，在單片機(jī)里面將測(cè)得的模擬量電壓值轉(zhuǎn)換為當(dāng)前有害氣體的濃度值。將采集到的數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)，再由單片機(jī)發(fā)送給OLED顯示屏上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

2.2 SIM900A短信發(fā)送

該模塊支持全部2G卡，支持大部分3G或4G的手機(jī)卡。本設(shè)計(jì)使Sim900a接3.3V電平接口，用3.3VTTL電平接口進(jìn)行串行通信，傳輸速率支持從1.2kbps到115.2kbps。SIM900A TXD與單片機(jī)的RXD相連接，SIM900A RXD與單片機(jī)的TXD相連接，通過串口發(fā)送AT命令和數(shù)據(jù)，當(dāng)有害氣體濃度達(dá)到設(shè)定值時(shí)就會(huì)觸發(fā)模塊給預(yù)先設(shè)定的手機(jī)號(hào)發(fā)送報(bào)警短信。

2.3聲光報(bào)警與排氣通風(fēng)

ST011聲光報(bào)警模塊和繼電器與STM32單片機(jī)的GPIO口相連接，ST011聲光報(bào)警模塊主要由LED燈、蜂鳴器、三極管組成。將排氣扇與電源和繼電器相連，當(dāng)有害氣體濃度達(dá)到閾值時(shí)，單片機(jī)控制ST011和繼電器，使ST001進(jìn)行聲光報(bào)警并使繼電器閉合，繼電器閉合進(jìn)而控制排氣扇工作，以此來達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)的報(bào)警和處理。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的總體思路為：首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，之后各模塊開始正常工作，MQ煙霧傳感器進(jìn)行檢測(cè)，單片機(jī)將檢測(cè)到得電壓值在程序中進(jìn)行計(jì)算，通過AD轉(zhuǎn)換將電壓值轉(zhuǎn)換為濃度顯示在OLED 屏幕中，報(bào)警裝置的引腳每隔3秒進(jìn)行一次判斷，當(dāng)檢測(cè)到的濃度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，sim900a通過發(fā)送AT指令和數(shù)據(jù)，將事先設(shè)定的報(bào)警內(nèi)容發(fā)給指定聯(lián)系人，其他裝置將相應(yīng)引腳電平置為設(shè)定電平，進(jìn)而進(jìn)行處理。當(dāng)濃度降低到設(shè)定值之后，聲光報(bào)警關(guān)閉，排氣扇繼續(xù)工作。

4.結(jié)束語

本文介紹了用STM32核心板與MQ7一氧化碳煙霧傳感器、MQ4甲烷煙霧傳感器、DHT11溫濕度傳感器、OLED M096-ZK屏幕、SIM900A短信模塊、聲光報(bào)警模塊、繼電器、風(fēng)扇等相連接，將各個(gè)模塊采集到的數(shù)據(jù)顯示出來，當(dāng)有害氣體濃度達(dá)到預(yù)警值時(shí)進(jìn)行報(bào)警和處理，確保第一時(shí)間通知到指定人員，極大的解決了普通居民對(duì)氣體泄漏的困擾，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

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基金項(xiàng)目： 北方民族大學(xué)2019年自治區(qū)級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目階段性成果，項(xiàng)目名稱：有害氣體短信報(bào)警器;項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：賈玉鑫;項(xiàng)目編號(hào)：S2019-11407-019

作者簡(jiǎn)介：

賈玉鑫（1998-），男，本科，就讀于北方民族大學(xué)電氣信息工程學(xué)院。

指導(dǎo)老師：張怡