基于stm32单片机的燃气检测与消费控制系统设计

办公自动化杂志一、引言
随着燃气产业的进一步发展，燃气的使用遍布国内外各行各业。

回顾燃气产业的发展历程，燃气检测技术无疑起到了决定性作用。

客户不断追求燃气检测技术的精密和便捷一直是燃气检测技术变革的主要动力。

本设计以STM32单片机为主要控制器，设计了燃气检测与消费控制系统，模拟实现了燃气的检测与消费的控制。

提高了燃气检测的精确性和快速性，保证了贸易双方的利益关系。

现在每家每户只要安装燃气管道的，都必须安装燃气检测与消费控制系统，对于目前市场上存在的此类系统存在以下问题：
1.对天然气检测不敏感，当有少量气体溢出时无法准确计量；
2.功能单一，
无法做到自动检测、自动扣费、实时显示、危险预警等功能。

这就使得商家收取燃气费用的效率低
下，致使资金回流周期延长，影响再生产，阻碍燃气产业的发展。

二、燃气检测与消费控制控制系统原理
基于STM32单片机的燃气检测与消费控制系统，同时具备IC 卡功能，用户可以凭借注册的IC 卡进行燃气的使用，系统则通过读取IC 卡信息，管理燃气使用情况，完全取代了人工抄表收费的管理方式，大大提高了管理和使用的自动化程度。

用户使用燃气时，
控制系统会发出控制信号，带动进气阀，再由进气阀控制天然气的通断，从而实现燃气通断的自动化；除此之外，当空气中可燃气体浓度较高时，控制系统能够及时关闭进气阀，发出预警信号提醒用户。

单片机与射频卡、显示器、流量计、气体检测器进行数据传输并被控制。

当用户向读卡器插入一张有效IC 卡，控制系统会判定用户IC 卡余额是否充足，
当IC 卡有充足的余额时，开启进基于STM32单片机的燃气检测与
消费控制系统设计
段春霞
(洛阳工理工学院电气工程与自动化学院
洛阳
471023)
摘要：本文主要针对家庭中燃气的用量检测与自动扣费问题，
设计了基于单片机STM32的燃气检测与消费控制系统。

模拟了燃气使用中计量与扣费的整个过程。

详细介绍了系统的总体设计理念、
设计原理、软硬件设计。

通过软、硬件联调对系统进行了检测，实现了家庭中燃气用量自动检测功能和使用金额自动划扣功能的准确模拟，
同时具备实时报警功能，测试结果验证了系统的实用性和有效性。

关键词：单片机；STM32；IC 卡；消费中图分类号:TP274文献标识码:A 文章编号:7027
Design and Implementation of Gas Detection and Consumptive Control
System Based on Single Chip STM32
DUAN Chunxia
(Electrical Engineering and Automation Faculty，
Luoyang Institute of Science and Technology Luoyang 471023)
Abstract ：In this paper，a gas detection and consumption control system is designed based on single chip STM32，aim-ing at the problem of gas consumption detection and automatic deduction in families.The whole process of gas metering
and deduction is simulated.The overall design concept，design principle，software and hardware design of the system are introduced in detail.The system is tested by hardware and software debugging，which realizes the accurate simulation of the function of automatic detection of gas consumption and automatic deduction of usage amount in the family.At the same time，it has real-time alarm function.The test results verify the practicability and validity of the system.Keywords ：Single chip；STM32；IC card；Consumption
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气阀，燃气则会通过流量计供用户使用，此时系统会不停的累计燃气的使用量并划扣使用金额，
不断和用户IC 卡余额进行比较，一旦用户手动停止燃气使用或用户IC 卡余额不足，控制系统会及时发出信号关闭继电器。

燃气使用完毕，控制系统会结算燃气消费金额，并将核算后的金额输入到用户IC 卡中，用户退卡，整个燃气使用过程结束。

在整个燃气使用过程中，以及系统处于待机情况下，系统都会不断检测空气中可燃气体浓度，如果有燃气泄漏，系统会及时报警，保证用户居住环境安全，
降低用户财产损失。

三、燃气检测与消费控制控制系统设计方案
本次控制系统的设计是由单片机STM32F103C8T6，0.96寸OLED 显示屏、CFA100流量计、RC522射频卡、继电器、蜂鸣器、MQ-9气体传感器等部分组成。

以STM32F103C8T6为核心控制器，通过CFA100流量计进行流量检测、RC522射频卡读取IC 卡信息、OLED 屏显示实时信息、继电器控制燃气管道的通断情况等。

总体方案结构设计如图1所示。

图1总体方案结构设计图
四、硬件设计
1.单片机电路
本系统采用STM32F103C8T6芯片作为控制芯片，该芯片管脚48脚，存储空间为20K，电源部分使用3.3V 电源供电。

该单片机芯片有32个通用IO 口，每个IO 端口有两个32位配置寄存器。

单片机最小系统如图2所示。

I/O 端口的特点使得I/O 端口的使用十分方便，方便用户使用者根据需求调整配置。

2.复位电路设计
系统运行中，如果出现了程序紊乱、系统错误或想着重新启动一下系统。

比如出现了程序出错，在不明干扰下出现了偏离历程的现象或者系统上电异常情况，这时候就需要一个复位电路来重启单片机系统。

让程序重新读取、运行。

设计的复位电路如图3所示。

图3复位电路设计图
3.显示电路设计
七针SPI/IIC OLED 模块共有七个管脚，通过与单片机STM32F103C8T6的SPI2相应管脚相连，实现单片机对
OLED 显示屏的实时控制，放弃SPI2的硬件片选管脚CS，采用软件选择从设备的模式，提高OLED 显示屏的显示性能。

OLED 显示屏模块外部结构，如图4所示。

OLED 显示屏模块的管脚及功能如表1所示。

图4OLED
显示屏模块
图2
单片机最小系统图
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办公自动化杂志表1OLED 显示屏管脚4.射频电路设计
RC522是应用于13.56MHz 非接触式通信中高集成度读写卡系列芯片中的一员。

它通过串行通信完成与主机的信息交互，并且包含SPI、I2C 或串行USART 模式等多种模式，供用户选择。

有利的减少连线数量，大大缩小了PCB 板体积，降低产品的生产成本。

本设计中选用了SPI 通信模式，通过将射频卡管脚与单片机SPI1管脚相连，并使用3.3V 电压供电实现信息的交互。

该模块管脚如表2所示。

RC522模块外部结构如图5所示。

表2RC522模块管脚
图5RC522模块
5.流量计电路设计
本设计中采用流量传感器CFA100模拟燃气流量计，该传感器为进口日本阿自倍尔Azbil 微小流量传感器，流量0~300ml 每分钟范围测定，供电电压3V 到5V 之间均可使用，信号输出电压随流量大小改变，流量大信号电压大。

本设计选用3.3V 电压供电，当流量为零时，输出电压为
0.31V。

CFA100的测量范围为0~300SCCM （0.018m 3/h），工作温度为-20~70℃，输出信号为0SCCM 对应0.31v，120SCCM 对应1.77v，300SCCM 对应3.30v。

CFA100流量传感器的管脚如表3所示。

CFA100流量传感器如图6所示。

表3CFA100流量传感器管脚
图6CFA100流量传感器
五、软件设计
1.流量计程序流程图设计
如图7为流量计使用过程。

当插入IC 卡且有余额时，继电器控制燃气管道打开，
当ADC 时间片到来时，流量计开始判断燃气是否使用，当燃气开始使用，ADC 采样流量传感器获得数据，计算出燃气使用量，当使用量满足扣费标准，程序将燃气使用量转化为应扣金额，程序跳出ADC 时间片。

等射频卡扣费时间片到来时，读取IC 卡信息，
从IC
卡扣除相应费用。

这里使用到了非线性函数局部线性化
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的概念，认为一定时间内的燃气流量使用情况满足线性关系。

因为ADC时间片时间很短，所以产生的误差可以忽略不计。

图7流量计程序流程图
2.余额显示程序设计
本设计使用写字符串函数显示IC卡余额信息，当IC 卡余额不足时，会显示余额不足提示，如图8所示。

显示图片函数如下：
void OLED_showphoto（uint16_t col_start，uint16_t page_start，const unsigned char*p，uint8_t wide，uint8_t high）{uint8_t i=0；
uint8_t j=0；
//设置为水平地址模式
write_i（0x20，OLED_CMD）；
write_i（0x00，OLED_CMD）；
//设置开始列地址和列结束地址
write_i（0x21，OLED_CMD）；
write_i（col_start，OLED_CMD）；//列开始地址
write_i（col_start+wide-1，OLED_CMD）；//列结束地址
//设置开始页地址和页结束地址
write_i（0x22，OLED_CMD）；
write_i（page_start，OLED_CMD）；
write_i（page_start+high/8-1，OLED_CMD）；
for（i=0；i<（high/8）；i++）
{for（j=0；j<wide；j++）
{//写数据
write_i（*（p++），OLED_DATA）；}}}六、结论
通过对燃气检测与消费控制系统的分析，确定了总体架构设计，并针对其方案进行了软硬件选型。

设计中选用CFA100流量传感器模拟燃气流量检测，STM32F103C8T6作为主控制器，射频卡通信技术作为设备通信的方式。

使燃气检测与消费控制系统具有了成本低、实时性好、通信便捷、功能丰富的优势。

分析了燃气检测与消费控制系统的基本结构，对控制系统的核心模块进行了详细配置，按照总体设计方案的要求，又分别对OLED显示屏模块，RC522射频卡模块，CFA100流量传感器模块以及MQ-9气体传感器进行配置，完成整个系统硬件平台的搭建。

详细阐述了燃气检测与消费控制系统的软件设计，给出了软件总体结构及流程图，完成了OLED显示屏、MQ-9气体传感器、蜂鸣器、RC522射频卡、CFA100流量传感器的软件设计，实现了IC卡与控制系统的信息交互。

实现了流量检测、实时扣费、实时显示、
危险预警等功能方案设计。

图8OLED屏余额显示
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办公自动化杂志(上接第45页)
(上接第40页)5.鼓励学生从动态的角度认识图形
数学学习内容由静变动的安排，
也给教育者启发。

几何图形的学习可以由直到曲，同样认识图形的角度也可以是动态的过程。

因此，在研读文献之后，根据长方形的前期学习，在设计的长方体和正方体的认识过程中，采用由静到动的过程设计。

笔者认为，经过这样的设计可以培养学生的抽象思维、想象力；在长方形运动的过程中也为学习长方体的特点埋下伏笔，
让学生对图形的特点更加深刻。

参考文献
[1]/xxsx/xxsxwd/201202/t20120221_1315677[EB/OL].html
[2]何金花，何小佩.小学数学“图形认识”内容主线及教学策略[J].课程教育研究，2015（33）：155-156.作者简介
张雪（1995-），女，汉，黑龙江齐齐哈尔人，学生，就读于河北科技师范学院教育学硕士。

主要研究小学教育领域问题。

郑国萍（1979-），女，汉，四川资阳市人，河北科技师范学院，讲师，教育学博士。

主要从事教育政策法规，基础教育问题研究。

付东青（1995-），女，汉，山东济南人，工作于山东省济南市市中区育贤第四小学。

黄冰冰（1995-），女，汉，浙江温州人，毕业于滨州学院。

朱芳芳（1995-），女，汉，山东滨州市人，学生，就读于河北科技师范学院教育学硕士。

主要研究现代技术教育领域问题。

齐
丹，女，汉，河北秦皇岛市人，
教师。

工作于河北省秦皇岛市经济技术开发区第二小学。

参考文献
[1]王耀生，陆鸣伟.一种IC 卡流量计量控制系统[D].电子器件，2014.
[2]曹聪.嵌入式智能家居控制系统的研究与实现[D].上海：同济大学硕士学位论文，2004.
[3]廖义奎.STM32嵌入式系统设计（第一版）[M].北京：中国电力出版社，2012.
[4]孙浩.一种基于单片机STM32的加油机系统设计[D].安徽：安徽理工大学，2018.
[5]廖义奎.ARM Cortex-M4嵌入式实战开发精解[D].北京：航空航天大学，2013.作者简介
段春霞（1980-），女，汉族，河南叶县人，讲师，硕士研究生，主要研究方向：
自动控制。

其实除了王菊的案例，我们生活中无处不在的流量裂变。

生活中随处可见的拼团模式，其实就是最简单的流量裂变。

如你想去看《哪吒》，如果买一张票是49元，但如
果你邀请两个好友拼团一起看则可以享受9.9元的价格，相信你一定非常乐意把这个活动推荐给自己的朋友，因为这样你既获得低价电影票又可以和朋友一起欣赏精彩的影片，但对于商家来说，你无形中成了这个活动的主动推销员，商家通过拼团活动，可以从本来一个顾客变成2个、3个……甚至更多。

4.KOL 引流
KOL 即关键意见领袖，指在特定群体中具有较大影响力和话语权的人。

KOL 的发展伴随着移动互联网的三次热潮。

第一次是微信公众号掀起的自媒体创业；第二次是知识付费兴起；第三次是直播和短视频的当红。

在新媒体形式下，企业
如何利用意见领袖的力量获得流量，
变成了企业的重中之重。

提到KOL 引流，不得不提的人物李佳琦，2小时直播试色380支口红、5分钟直播卖掉1.5万支口红、1分钟短视频迅速种草N 支口红。

在口红垂直领域内一直是女性的天下，男性通常连色号都分不清，李佳琦差异化出道，成为万千女主播中的“清流”，成功挖掘
“她经济”，李佳琦的抖音粉丝用户近95%都是女性。

在如今激烈的市场竞争中，谁掌握了营销先机，谁就能占有市场。

而新媒体作为目前营销领域的一种主流趋势，企业应该把现有营销战略与新媒体紧密结合，才能让企业
在激烈的市场竞争中立于不败之地。

参考文献
[1]唐丹.浅谈新媒体与电视媒体的融合发展与竞争[J].活力，2016，（1）：70-71.
[2]杨飞.流量池[M].北京：中信出版集团，2018-4：16-20.
[3]曾来海.试论新媒体企业的盈利模式[J].新闻世界，
2012，（12）：127-128.作者简介
洪亚龙（1984），女，汉，福建厦门，硕士、讲师、电子商务。

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