便携式可燃气体检测仪设计

0 引言
燃气资源带来方便的前提下，安全问题也变得极为重要。

现在我们常见的燃气主要有天然气、人工煤气和液化气[1]，这类气体十分容易各处飘散，遇到明火时常常会引发火灾和爆炸，一旦扩散起火就很难控制，给人们的生命财产都造成很大的损失。

此外，由于室内燃气浓度超过安全值而导致爆炸事件也时有发生。

因此由于燃气使用时的不注意，不仅仅会造成经济损失，甚至会危及人们的生命安全，因此本文设计出了燃气报警器，以便于更好的检测可燃气体，从而减少这些事故的出现，为人们日常生活提供更大的保障。

1 研究背景
气体传感器最早在20世纪30年代被外国的科学家研制出来后，在很短的时间内就有了一个较大的发展，其原因有两个：（1）随着生活质量的不断提高，人们希望拥有更加安全的生活环境；（2）传感器制作工艺的不断成熟以及政府的介入使得传感器的发展更加迅速，并且越来越多的智能化传感器被研发而且被用为民用，推动了人们的生活水平的不断提高。

目前在全球普遍使用并适用的可燃性气体报警器与气敏元件传感器，在我们生活的环境周围，尤其是需要严格监测和监控危险气体浓度或者可能发生泄漏的等安全事故隐
患的多种场合都可以发现这些类似的传感器元件，其中，对于家用燃气报警器的使用，很多发达国家已经做出政策积极响应，对公寓及家庭安装家用厨房报警器做出明文规定及要求。

由此可以看出，在满足人们的需求同时，国外对燃气报警器的研究与技术都有了深刻且快速的发展。

虽然目前国内外燃气检测仪的发展都还可观，但对于可燃气检测仪在实际应用中仍然存在致命性的细节问题：可燃气检测仪发生误报或者不报；用户不按照安全操作安装装置；装置长期使用导致不灵敏也置之不理等。

在所有的问题中，最为根本性的问题时报警器误报或者不报，出现此种问题的原因主要是产品本身的质量以及性能问题。

因此本章主要针对日常家庭生活中时常发生的燃气泄露事件，设计出了一套智能家用燃气检测及报警电路，其中用到了单片机主控芯片、气体传感器、A/D 转换器、LCD 显示屏、蜂鸣器、发光二极管、风扇、GSM 模块等模块。

其中主控芯片采用的是STC89C52RC 单片机，该芯片包含8KB(可承受1000次写入周期)的可编程可擦除只读存储器的低功耗、高性能CMOS8的微处理器[2]。

单片机芯片内的闪存处理器允许程序在系统内进行调用以其调整，并且可以使用常规的固态内存编程器编程。

所以，STC89C52RC 是一种功耗非常低,且工作性能突出的单片机，可以通用地应用于各种控制领域。

基金项目：本文系院级重点科学基金立项项目“基于3D 电极的介电泳微流控细胞分选芯片研究（2019LG01）”。

it will carry out acousto-optic alarm warning, and send short message to the person in charge quickly through the wireless communication module of the system, if at home, it will carry out acousto-optic alarm warning and pull out the gas through the fan, and at the same time, it will realize that the user does not the function of wireless communication. Emergency alarm at home.Keywords: STC89C52；GSM ；combustible gas alarm
并且可以通过CPU 对数据进行进一步的分析，如果传感器所反馈回的燃气浓度超过安全值时，我们便可以设置单片机使其控制GSM 模块向预设的手机号发送报警，这样就可以及时的告诉使用者尽快采取措施，可以更加快捷，更加安全的传递这一消息，以便控制险情。

即通过GSM 模块实现短消息发送，及时通知用户以便做出进一步紧急措施。

硬件电路框图如图1所示。

本次设计可以具体实现功能如下：（1）准确测量厨房周围环境中的燃气浓度；（2）系统各个模块的功能控制；（3）对传感器电路、转换电路以及基本报警电路的控制；（4）主控芯片编程语言的调试与正常运行；（5）GSM 模块的短消息发送。

3 软件设计
本次设计采用Keil 仿真软件进行，在硬件电路连接好之后，还需要借助STC-ISP 软件来烧录程序。

系统的软件设计流程如图2所示。

从流程图中可以看出，程序首先是进行系统的初始化，对各个硬件进行初始化，然后开始运行主函数程序，进入对燃气信号的采集，调用A/D 转换子程序，经A/D 转换，然后把转换的数据传送给单片机进行处理、计算，紧接着调用显示子程序，将检测所得的气体浓度值显示在LCD1602上，并判断是否超出预设报警值，若超过预设报警值，则执行报警函数程序，进行声光报警并联动风扇，同时执行GSM 模块程序，发
图2 软件主程序设计流程图
4 软件程序调试
软件设计完成后，开始运行程序检查是否出现错误，若出现错误，检查语句进行改正。

确认电路连接没有问题后，通电确保各个硬件都能正常工作。

使用51开发板与STC-ISP 连接对单片机进行程序烧写，LCD1602正常显示“Gas ：000 ppm S-Gas ：022 ppm”，第二行的浓度为燃气浓度预设值，使用者根据具体情况设置燃气浓度报警值。

在实际操作过程中，为了保持空气清洁和人身安全，本次实验过程不方便采集燃气信号，比如家用的CO 或者CH4，所以实验过程采用通过打火机未点燃的气体来测试程序是否正常运行。

通过实际操作，当输出可燃气后，通过MQ-2气体传感器探测到气体信号，并进行采集，同时利用LCD 显示出检测到的浓度，当超过预设值后，开始声光报警，同时风扇启动驱散气体，此时手机可以收到短消息提醒，证明整个程序可以正常运行。

5 结束语
本次设计系统以MQ-2气体传感器和STC89C52RC 主控芯片为核心设计家用燃气报警器装置。

通过单片机控制系统各个模块，实现了对可燃气体的检测、报警以及智能化处理的功能。

（下转第67页）
图2 系统E-R 模型
如表1所示，数据库模块主要包括username （用户信息），address （数据地址），contents （数据内容），labels （数据标签）、feature （数据特征），depends （数据依赖），其主要类型为varchar，长度分别为255、20、100，其对应标识分为4类，可以实现对应检测的优先级，实现传输安全措施，在物联网信息的传输过程中，应该对传输的信息进行加密，使用密文传输的方式，防止在传输通道被入侵者截取。

在features 字段中记录信号功率的变化情况，把所得的功率值与期望值进行比较分析，判定节点工作状况。

如果测量值与期望值相差较大,则说明信号在某一节点或某些节点之间中可能出现了故障,或者遭遇到攻击。

除此之外还要选取和通信服务水平相当的去判定阈值，使用功率阈值检测技术。

在depends 字段中记录能和通信数据区分开来的不同载波频率监控信号，主要是检测传输是否中断，通过不同的时隙或不同码率进行区分。

表1 数据库模块
序列列的名字类型长度小数位标识主键外键允许空默认值1username varchar 2552A 否2
address varchar 2550B 否
参考文献
[1]赵蓉英,亓永康,王旭.物联网纵横:我国物联网研究进
展与态势[J].智能物联技术,2019,51(1): 第1-11页.[2]吴莹.物联网的关键技术及计算机物联网的应用[J].中国
新通信, 2019. 21(10): 第108页.[3]陈凌逍,杨娜.大智移物云区背景下的“新审计”趋势[J].
商业经济, 2020(06):第167-169页.
[4]王凤领.大数据云计算环境下的数据安全分析与对策研
究[J].网络安全技术与应用,2020(06): 第88-91页.[5]李海生.计算机网络安全存储中云计算技术运用[J].网络
安全技术与应用,2020(06): 第96-98页.
[6]冯志峰.基于大数据&机器学习的Android 病毒软件检
测SVM 模型研究[J].科技创新与应用, 2020(18): 第18-20页.
作者简介
严浩（1998--），男，江苏淮安人，江苏第二师范学院电子信息
工程专业，17电子信息工程普本在读通信作者：张福鼎（1982-- ），男，江苏徐州人，讲师，博士，研
究方向：光子学，光网络优化与安全，高性能计算机互连，云计算。

参考文献
[1]马鹏飞.基于单片机的燃气报警器的设计[J].科技展
望.2015,25(16):78.
[2]李建忠.单片机原理及应用[M].西安电子科技大学出版
社,2017.
[3]张育源.基于单片机的家用可燃气体报警器系统的设计
[J].科技经济导刊,2018,26(31):72.
作者简介
李晓红（1986--），女，汉族，河北衡水人，硕士。

主要研究方
向：测试计量技术及仪器。

（上接第32页）。