基于51单片机GSM煤气泄露报警器的设计

随着人们生活水平的不断提高，煤气的使用给人们带来便利的同时也带来了巨大的危害，由于煤气本身的危害性较大，因此，煤气安全成为人们关注的焦点，对煤气的监控也刻不容缓。随着信息化时代的到来，我国的专家学者们对于煤气泄露有了进一步的研究，能够有效的检测煤气，保证人们的生命与财产安全。基于单片机GSM智能煤气泄露报警器，以AT89C51单片机为核心的智能煤气泄露检测系统，能够有效的解决煤气泄露带来的威胁，具有非常强的实用性，并且设计成本较低，系统在稳定性方面也较可靠，还能够实现智能通信，比如自动关闭阀门以及自动排气等，适用于普通家庭使用。

1  系统整体设计

本研究主要基于AT89C51单片机为核心，设计的一款煤气泄露检测系统，该系统的主要功能是能够快速并且准确的检测出被测气体中的有害物质，主要的含量是CO气体。CO气体无色无味，并且没有刺激性，与水不相溶，当CO气体与空气混合达到一定的定值后将会有爆炸的可能，如果该气体通过人体的呼吸肠道进入到血液中，将会使人体组织出现缺氧，难以呼吸，因此，CO气体在煤气中是对人体伤害最大的有毒气体。如果系统一旦检测到气体浓度超标，会通过液晶显示屏显示出有害气体的浓度，当超过设定的值时会发出报警信号，为了提供系统的高效性，在该系统中加入了智能化的人机交互界面，通过GSM模块将报警的信号及时传送到用户的手机中，并自动关闭阀门，开启抽风机功能，系统的设计结构图如图1所示。

图1  基于51单片机GSM智能煤气泄露报警器结构设计图

2  系统硬件结构

2.1  单片机

单片机又称为单片微型控制器，单片机并不是为了完成某一个功能的芯片，而是将整个计算机系统都集成在这一个芯片中，类似于一个微型的计算机，但是与计算机相比的话，单片机没有I/O设备。单片机特点就是体积非常小，而且质量保证，成本低，为学习与应用开发提供了非常方便的条件。单片机的使用领域非常广泛，能够应用在智能的仪表中、通信的设备中以及家用的电器中，本研究就重点研究单片机在家用电器中的具体应用，产品一旦加入单片机，就表示产品的升级，比如智能洗衣机和智能报警器等。在智能报警器的主要作用就是接受来自传感器的浓度模拟信号，并对信号进行处理，将模拟数字转换后的信号用作滤波，在进行线性处理，实现这样的功能需要单片机有较快的运算功能，而本次实验采用AT89C51单片机进行处理。该系列的单片机是一个具有低电压和高性能并带有4K字节的程序存储器，能够反复的擦写编程，数据存储器有128字节，采用的是ATMEL公司的存储技术，数据不容易丢失，能够与其他系列的单片机相互兼容，芯片中含有中央处理器以及存储的单元，因此51单片机被应用在智能报警器的控制领域中。

2.2  MQ-5传感器

煤气检测传感器主要的功能就是检测室内环境中是否有煤气泄露的情况发生，因此选择专门的气体传感器MQ-5，该系统集成了气体的敏感层、电极线路、防爆装置、卡环以及针状的管脚，对液体、煤气都有非常高的灵敏度，最大的特点就是对乙醇以及烟雾等气体没有反应，能够减少系统误报的可能性。

2.3  GSM模块

在本系统中智能电路主要采用的是TC35GSM模块，该模块带有通信接口，串口通信主要有三根线组成，发送线、接受县和地线，将单片机与GSM模块进行连接时，只需要通过这三根线就能够实现通信功能，将计算机端与单片机进行实时连接，快速实现数据的传输与语音通信服务，GSM电路中的额单片机主要通过RS232串口功能，将相关的指令传送到GSM模块中，该模块中连接网络后便可以与单片机进行数据的通信，GSM模块的指令将会返回进行验证，这样能够保证通信的安全性与准确性，当确认指令无误后，GSM模块将会自动发送短信或者拨打用户的电话，手机将会做出相关的回应，然后GSM模块将受到的信息传送到单片机中，单片机将会根据反馈的信息进行相应的紧急措施。

2.4  电磁阀

电磁阀的主要功能需要依靠电磁线圈产生的电磁力完成阀门的开、关控制，是工业制造中用于控制的执行器之一，主要原理就是在通电的过程中，电磁线圈中产生的电磁力从座位上提起，然后打开阀门，断电后电磁力会随之消失，将弹簧力压在阀座中，将阀门关闭，其优点就是能够在真空以及零压条件下进行工作，并且有较高的稳定性。

3  系统软件设计

煤气泄露警报系统的软件设计重点在于对报警的信号进行实时的检测，并对GSM模块进行有效的控制，以51单片机为系统检测的核心，使用C语言进行编程，而整个系统模块之间都能够进行相互的连接与通信，比如系统的初始化模块、自动关闭阀门模块、自动通风模块以及GSM模块，当系统通电后进行参数的设置，通过设置上限值提高系统的安全性，设置完成后，系统在通电的状态下进行自动检测模式，如果检测到浓度高于上限值，便会发出报警信号，关闭阀门启动通风模式，然后通过GSM模块将报警信号远程通知用户，完成一系列的操作。具体流程如图2所示。

图2  软件总体设计流程

单片机通过AT指令对GSM模块进行控制，比如“AT+CSCA，设置短信中心”、“AT+CMGC，发出一条短信命令”、“AT+CMGR，读取短信”、“AT+CMGS，发送短消息”等，短信处理的流程图如图3所示。

图3  短信处理流程图

基于单片机的煤气泄露报警系统，以单片机为核心，并与GSM模块进行结合使用，给系统提供了一个非常好的创新设计，可以根据在该系统的基础上进行拓展，比如将GSM煤气泄露报警系统进行扩展，以一栋楼作为系统的整体，然后将整个系统分为用户模块与监控模块，用户模块主要负责煤气的检测与报警功能，而小区的监控模块则需要对每一个用户进行信号检测，并对信号进行处理，对于发生煤气泄露的情况，通过GSM模块以短信的方式通知用户，便于用户对煤气泄露事件进行及时的处理。或者是将GSM煤气泄露报警系统的主控制器中再增加一些其他的功能，比如智能防盗系统以及远程监控系统等，在系统中只需要引入适合的传感器就可以将其升级为一个智能家具的全新系统，保护用户的财产安全。

4  结语

通过上述设计，对煤气泄露报警器进行实时检测，通过数据对比判断煤气泄露的浓度，当浓度达到一定的设定范围时将会发出报警信号，并自动关闭阀门并开启排气功能，采用AT89C51单片机和MQ-5气敏传感器作为系统的核心部件，对煤气报警器进行控释，电路设计简单，可靠性高，检测灵敏度以及系统的实时控制好，市场应用价值广阔。

本文来源：《企业科技与发展》：http://www.zzqklm.com/w/qk/21223.html