基于无线通信的燃气报警器的设计

　　摘 要： 针对家居燃气泄漏监控及报警问题，基于STC89C52RC单片机及SIM900A模块设计了一种报警器。该报警器可监控燃气的泄漏情况，同时利用AT指令将报警提醒信息发送到指定手机号码。使用结果表明，在燃气泄漏时该报警器能够有效地运行，达到了预期的设计目标。

　　关键词： 单片机；SIM900A；AT指令；燃气报警

　　燃气是人们家庭必备的燃料，由于某些原因，燃气可能会发生泄漏，其中的有毒气体会使人中毒甚至窒息而亡，若不能及时发现并处理，当燃气在空气中的含量达到2%~10%时，若遇到明火或火花还会引起爆炸，因此，实现燃气泄漏的自动监控、报警与处理便成为物联网时代智能家居发展的重要目标[1]。围绕上述问题，本文设计了一种基于GSM的燃气报警器，它采用MQ-2传感器模块采集气体浓度信号，当浓度大于设置的报警浓度时，输出低电平给STC89C52RC单片机，控制电磁阀关闭，同时利用SIM900A模块发送报警短信至指定的手机号码，从而实时、可靠、自动地实现了燃气监控及报警[2]。

　　1 系统组成

　　燃气监测报警系统的硬件主要有浓度检测、主控模块、应急处理模块、电源模块和GSM报警模块5大部分，如图1所示。浓度检测模块主要由半导体气体传感器组成，它是整个系统中关键的元件；主控模块由单片机及其相关软件组成，由程序对单片机进行控制以及信息的处理；应急处理模块主要是发生泄露后及时关闭阀门和打开排风扇；GSM报警模块将报警信息以短信的方式发送到手机上。

　　2 硬件设计

　　2.1 燃气检测模块

　　本文选用电阻式半导体气体传感器MQ-2来检测泄漏燃气。MQ-2经过敏感元件把气体浓度的变化转换成电阻的变化，并与电阻R3组成分压电路，从传感器4脚输出随烟雾浓度变化的直流信号，加到比较器的2脚。可调电阻R1构成比较器的门槛电压，当烟雾浓度较高输出电压高于门槛电压时，比较器LM393输出高电平；反之，转输出低电平。图2给出了燃气检测电路http://www.szmzhg.com/贴片绕线电感图。

　　2.2 主控模块

　　主控模块采用STC89C52RC单片机，该单片机是宏晶科技推出的新一代高速、低功耗、超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。依据单片机的引脚特性，在实际设计中，燃气传感器信号从P3.2输入，作为单片机的中断触发信号，下降沿方式，应急处理模块驱动信号从P1.0输出，GSM报警模块采用串行通信方式。

　　2.3 GSM模块

　　GSM模块采用SIMCOM公司的SIM900A，该模块是该公司推出的一款紧凑型产品，完全采用SMT封装形式，其性能稳定，外观精巧，性价比高。SIM900A采用工业标准接口，工作频率为900 MHz/1 800 MHz，内嵌TCP/IP协议，可以低功耗实现语音、短信（SMS）、数据和传真信息的传输。SIM900A模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、电源模块、存储器、天线接口和其他接口6部分组成，如图3所示。

　　2.4 SIM卡接口

　　图4给出了SIM接口电路。图4中串在I/O口线中的20 ?赘电阻用于匹配SIM900A模块和SIM卡之间的阻抗。SMF05C用于保护SIM卡免受静电放电或闭锁等其他电压引起的瞬态事件造成的损害。

　　2.5 应急模块

　　应急模块由电磁阀和光耦等组成，电路如图5所示。当输入为高电平时光耦导通，后一级CE导通，从而使三极管导通。由于继电器就是一个线圈加上一个开关，当线圈有电流流过的时候，产生磁性，然后将开关吸和，同时对应的状态指示灯点亮。反之，当输入为低电平时，光耦未导通，后一级CE截止，这时三级管基极被下拉电阻拉为低电色码电感平，为“截止”状态，继电器不动作。因此，当采集到的实际燃气浓度大于系统设定值时，单片机的P1.0口发出的高电平信号使线圈得电，开关关闭，切断电磁阀中的气体输出。

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