关键词：单片机；燃气检测；一氧化碳检测；气体传感器；报警
Design of Gas and Carbon Monoxide Detection and Alarm Device Based on Single-Chip Microcomputer
Zhou Wei Da Chao Xue Yi-lei Zhang Yang-yang Zhu Yu-lin
Abstract: With the rapid development of economy and science and technology, natural gas, as a clean energy, has entered every household, and the devices used to detect gas alarms in households have become very popular. However, the domestic gas alarm neglects the situation that carbon monoxide is harmful to human body because of the small kitchen space and poor air fluidity when gas is burned. According to the expansion of the previous technology, MQ-7 gas sensor is added to detect carbon monoxide gas on the basis of the original design, and the concentration of indoor gas and carbon monoxide gas is displayed at any time, so that people can observe it. The design greatly improves the safety of people when using natural gas.
Keyword: single-chip computer; gas detection; carbon monoxide detection; gas Sensor; alarm
1 绪论
1.1 设计目的及意义
近年来人民生活水平不断提高，科技也在日益发展，人们在不断需求高质量的生活的同时，也希望生活的环境也能越来越好。天然气具有燃烧热量高、无污染和价格便宜等优点，深受人们的欢迎，因此燃气正在取代煤炭给人们供热。但同时也带来了一个十分严重的问题，就是天然气本身也是一个很危险的气体，如果使用不当就会产生一氧化碳气体或者造成燃气泄漏，导致严重的事故。因此，本设计主要是为使用天然气的用户设计出一种检测报警器，避免事故的发生。
1.2 现有燃气和一氧化碳检测报警器现状
现在每家每户只要安装天然气管道的都必须安装天然气报警器，该报警器只能检测天然气的泄露情况，但通过查阅相关资料我们可以发现近年来因为一氧化碳致人伤亡的事件并不是少数，每一例都是惨痛的教训。
对于目前市场上多种气体同时检测报警装置存在以下问题：1、价格昂贵，基本都是为满足工业要求而制作，不能用于人们日常生活中使用；2、气体之间干扰非常严重，存在谎报误报的现象，当空气中存在油烟时也会进行报警。
2. 燃气和一氧化碳检测报警器电路设计
2.1 总体设计方案
系统的最基本组成部分包括：气体信号采集电路、模数转换电路、单片机控制电路和显示电路。基本原理示意如下：
燃气检测电路和一氧化碳气体检测电路统称为气体信号采集电路，一般由气敏传感器组成，气敏传感器将气体信号转化为模拟的电信号。模数转换电路将从气敏传感器送出的模拟信号转换成单片机可识别的数字信号后送入单片机，单片机对该数字信号进行处理，并对处理后的数据进行分析，看是否大于或等于预设的报警限，当检测气体浓度低于设定报警阈值的时候，不进行报警，当检测气体浓度超出设定报警阈值时进行声光报警。LED显示器显示测得的天然气和一氧化碳气体的浓度。
2.2 主控电路设计
采用STC89C52单片机作为主要芯片，对于该单片机的资料可以广泛查询，在此不在赘述。图2-1为单片机的复位电路和时钟电路
复位电路在上电或复位过程中,控制CPU的复位状态:这段时间内让CPU保持复位状态,而不是一上电或刚复位完毕就工作,防止CPU发出错误的指令、执行错误操作,也可以提高电磁兼容性能。单片机复位电路设计的好坏，直接影响到整个系统工作的可靠性。而单片机没有时钟电路是不会正常工作的。时钟电路本身是不会控制什么东西，而是通过程序让单片机根据时钟来做相应的工作。
2.3 气体检测电路
我们在设计中使用MQ-4和MQ-7气敏传感器分别检测燃气和一氧化碳气体，他们的原理是：阻值随着补测气体浓度的增大而减小，把这种电阻的变化再通过变换电路转换成电压的变化，即可把浓度的变化转换成电压的变化，经过AD转换送给单片机处理就行了。
根据以上原理，可以用一个变阻器代替气敏传感器进行硬件电路和软件的仿真电路设计，设计出的气敏传感器和0832A/D转换器组合电路如图2-2所示。
2.4 LED显示和声音报警电路
将LCD1602的D0-D7这8个I/O口与单片机的P0.0-P0.7连接，当单片机的P0口作为IO线输出时，只能输出低电平、高阻态，因此需要外接上拉电阻，使输出高阻态变为输出高电平。
对于报警装置，则是设计的重中之重，是泄漏装置的外在表现核心。通过根据气体所占空气中的分量来决定什么时候发出报警，避免由于空气中气体浓度过大而造成的人身伤亡和财产损失。为了提高报警的准确率并且有更大的声音，要在电路中单独加一个三极管，这是由于单片机本身的对于外加设备驱动能力不强。电路晶体管的基极，以确保只有单片机输出低，蜂鸣器会鸣响，以避免出现误报。电路如左图2-3所示。
图2-3 显示和报警电路
3. 软件的设计
系统的软件编译调试实现采用Keil软件，用C语言进行编程。软件流程图如图3-1所示。
4. 结论
通过上述设计制作的燃气和一氧化碳检测报警器可以达到检测和报警的效果。但设计尚有不足之处，还需要改进。
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论文作者:周伟 达超 薛艺磊 张洋洋 朱俞霖
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第12期
论文发表时间:2019/11/15
标签：氧化碳论文; 气体论文; 单片机论文; 电路论文; 燃气论文; 报警器论文; 天然气论文; 《科学与技术》2019年第12期论文;