一款实用煤气报警器的设计
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摘要：当前，煤气泄漏事故引发中毒和污染环境现象时有发生，为了保证人身财产和生活安全，有必要对该气体进行有效的监控。本设计说明了煤气报警器的硬件和软件设计方案，采用了89C51单片机，选用了MQ-2常温型CO气敏传感器，使用了恒流源接法。传感器得到的信号进入LM311比较器，经过处理后得到信号输入单片机，单片机驱动报警装置，同时通过显示器显示当时的信息，本设计还有键盘，方便更新和修改。该设计在实际生活中具有较好的应用价值和借鉴作用。
关键词：传感器；报警；单片机
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
1、引言
随着人们生活水平的提高，煤气作为一种气体能源，在人们生产和生活中已得到越来越广泛的应用。煤气的主要有毒成分是一氧化碳，它是一种无色无味的气体，由于它很容易与人体内的血红蛋白结合，所以当它被吸入人体后，会争夺体内血液中的氧气形成一氧化碳血红蛋白，使人发生疲倦、气短、恶心和头晕眼花等不良症状，体内吸入过多一氧化碳会导致人因缺氧而死亡。同时，一氧化碳也是一种易燃易爆的危险气体，报纸等新闻媒体经常报道煤气泄漏引发的中毒和和爆炸等事故，为了保证人们生产和生活的安全，防患于未然，就需要对其进行有效的监控。用于检测煤气的装置目前市场上有很多，但是考虑到价格不便宜，不利于推广使用，应用单片机检测处理能做到较好的性价比。
2、系统整体设计
如图1所示为系统整体设计，气体传感器用于采集周围空气中的CO，并把采集后的信息转化为电压信号，输入比较放大器，经过该放大器处理后，输出信号到单片机处理，单片机根据认为设定值和处理值比较，如果超出设定值，则驱动报警装置报警，并通过LCD显示装置显示出来，为了便于更新和修改数据，还设置了键盘。
图1 系统整体设计图
3、主要硬件电路设计
（1）、信号采集处理和报警电路
如图2所示，U1为气体传感器，专门用于检测周围环境中的煤气成分CO，检测脚在3脚，经过内部电路处理后，从U1的4脚输出电压信号，然后输入比较器LM311的3脚，和该芯片的2脚进行电平比较后，从7脚输出信号。如果7脚输出7电平，则发光二极管就发光，指示报警信号，表示周围空气中存在煤气成分。在此设计中，扩展使用了蜂鸣器报警，LM311的7脚输出的信号还输入单片机，然后经过单片机处理后，从P2.4的I/O口输出信号，然后通过一个限流电阻，到达PNP三极管的基极，如果煤气浓度超过人为设定的值时，该PNP三极管导通，有电流从集电极输出，最后该电流进入接到集电极的蜂鸣器中，驱动蜂鸣器报警。
图2 信号采集处理和报警电路
（2）、电源电路
如图3所示，电源电压经过电源变压器降压，得到12V交流电压，再经过桥式整流，C4滤波，得到比较稳定的直流电压输入三端稳压块7805，经过稳压后从3脚输出5V电压，经过C2滤波，得到稳定的5V直流电压，C1和C3用于过滤高频干扰信号。
图3 电源电路
4、系统软件设计
如图4为系统程序流程图，系统上电，对系统进行初始化，包括时间中断的初始化、外部中断源的初始化、单片机I/O口初始化、串行通信中断的初始化、RAM初始化，LCD初
图4 系统软件流程图
始化，初始化完成后出现开机画面和系统检测信息，系统开始对煤气浓度检测，如果检测的浓度超过设定值，则系统通过二极管和指示和蜂鸣器报警，程序结束。考虑到本系统的特性，
程序结构属中断方式，主要工作在键盘扫描、煤气浓度检测和INT中断服务程序中。根据总体结构，可将程序划分为几个功能模块：延时、显示、时钟校正、定时处理、煤气检测及处理。在程序处理方面，首先解决程序的起始地址，单片机复位后，（PC）=000H，而0003H-002BH分别为各中断源的入口地址。因此，写程序时候在000H处写一跳转指令。当CPU接收到中断请求信号并予以响应后，CPU把当前的PC内容压入栈中进行保护，然后转入相应的中断服务程序入口处执行。
5、小结
本设计根据需要，系统由硬件和软件组成，硬件主要含气体传感器、比较器、单片机、液晶显示、键盘和蜂鸣器，软件用C语言编写，通过检测周围煤气浓度，与设定的值进行比较，如果超过设定值，则报警。本设计简单实用，性价比高，具有较好的实用价值和参考作用。
参考文献：
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[2] 徐爱卿，孙涵芳，盛焕鸣. 单片微型计算机应用和开发系统[M]. 北航出版社 2012
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作者简介：陈伟杰，天河学院电气工程系电气工程及其自动化专业本科生；陈吹信，讲师，硕士，研究方向：电子与通信工程，目前从事教学和科研。