家用天然气泄漏监控系统设计

39 38 37 36 35 34
P2.5/AD5 33
P2.6/AD6 32
P2.7/AD7
P1.0/A8 21 P1.1/A9 22 P1.2/A10 23 P1.3/A11 24 P1.4/A12 25 P1.5/A13 26 P1.6/A14 27 P1.7/A15 28
P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13
气敏传感器检测模块、无线发送模块、无线接收模块、报 警 模 块 和 危 险 处 置 模 块 构 成 。 该 报 警 系 统 利 用 MQ-4 型 半导体可燃气敏传感器检测模块，用以检测天然气的泄 漏情况，当有天然气泄漏时，该模块将检测信号传输给 控制模块用以决策是否需要发出报警并启动危险处置 系统。 当控制模块确认发生天然气泄漏时，首先通过无 线发射、接收电路发出报警指令，报警模块收到指令后 发出报警信号；同时危险处置模块也会收到报警指令并 动作，关闭天然气阀门，并开启排气扇。当泄漏气体低于
无 线 收 发 模 块 系 统 由 DF 超 再 生 接 收 模 块 和 DF 无 线 发 射 器 两 部 分 组 成 。 DF 模 块 必 须 用 信 号 调 制 才 能 正 常工作，常见的固定码编码、解码器件如专用编码、解码
VCC
R×8
P2.0/AD0 P2.1/AD1 P2.2/AD2 P2.3/AD3 P2.4/AD4
3 . School of Beilie Engineering & Technology ， Lanzhou City University ， Lanzhou 730070 ， China ）
Abstract ： Newly developed gas leak monitoring system is based on AT89S52 microcontroller module， PT2262 and PT2272 radio communication modules and MQ-3 gas concentration measurement device are used. When detects the natural gas leak， the system will generate sound and light alarm， and monitoring system will send the control instructions by radio waves automatically， then shut down the valve and open the ventilation fan to dispose the danger through automatic control device. This system could achieve the function of automatic alarm and disposing danger， which ensures the safety of persons and property by the greatest extent.
OUT5 OUT6
AKE OUT7
VREF（+） OUT8 VREF（-） OE
10 6 7
21 20 19 18 8 15 14 17
9
15 18
XTAL1 XTAL2
9 31
1 2
3 4 5 6 7 8
RST EA P1.0 P1.1
P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
ADC0809
气体采集 （气敏元件）
模数转换模块 （ADC0809）
安全阀门开关
单片机 控制单元 (AT89S52)
排气扇开关
接收模块
发射模块
（PT2272） 无线 （PT2262） 传输
光、电报警
图 1 天然气泄漏监控系统框图
《 微 型 机 与 应 用 》 2012 年 第 31 卷 第 11 期
应用奇葩 Example of Application
体泄漏时，发出控制指令，实现声、光报警，同时通过自动装置关闭气阀，并打开排风扇，以处置危险。
该系统在无人环境下实现自动报警和危险处置的功能， 最大程度确保了天然气使用过程中人身和财
产的安全。
关 键 词 ： 天 然 气 ； 监 控 系 统 ； 控 制 模 块 ； 无 线 传 输 ；AT89S52
中 图 分 类 号 ： TP23
2 天然气泄漏监控系统实现 2.1 元件选取
考虑到系统的兼容性、实用性、低成本和节能性，选 用 AT89S52 单 片 机 作 为 控 制 模 块 ， 用 PT2262/2272 编 码 、 解 码 的 无 线 收 发 模 块 实 现 315 MHz 的 无 线 数 据 通 信 。
AT89S52 单 片 机 是 ATMEL 公 司 生 产 的 一 种 非 易 失 性 存 储 技 术 制 造 的 低 功 耗 、 高 密 度 CMOS 8 位 单 片 机 ， 片 内 含 8 KB 在 线 系 统 可 编 程 的 可 反 复 擦 写 1 000 次 的 Flash 只 读 程 序 存 储 器 ， 兼 容 标 准 MCS -51 指 令 系 统 及 80C51 引 脚 结 构 ， 可 为 许 多 嵌 入 式 控 制 应 用 系 统 提 供 高 性 价 比 的 解 决 方 案[1]。PT2262/PT2272 是 台 湾 普 城 公 司 生 产 的 一 种 CMOS 工 艺 制 造 的 低 功 耗 、 低 价 位 通 用 编 码 、 解 码 电 路 ；PT2262/PT2272 最 多 可 有 12 位 （A0 ~A11 ） 三 态 地 址 端 管 脚 （ 悬 空 、 接 高 电 平 、 接 低 电 平 ） ，12 位 （A0 ~ A11 ） 三 态 地 址 端 管 脚 任 意 组 合 可 提 供 531441 地 址 码 ， PT2262 最 多 可 有 6 位 （D0~D5 ） 数 据 端 管 脚 ， 设 定 的 地 址 码 和 数 据 码 从 17 脚 串 行 输 出 [2] 。
气 体 采 集 模 块 采 用 MQ -4 型 传 感 器 ， 其 对 甲 烷 、 天 然气有很高的灵敏度、良好的选择性和重复性，且使用 寿命长、稳定性好，响应时间短，适宜于长时间工作；驱 动电路简单， 其电路设计电压范围宽， 加热电压为 5±0.2 V 。 MQ-4 传 感 器 输 出 信 号 比 较 微 弱 ， 需 要 经 过 前 置 电 路 对其进行放大、滤波、电平调整，以满足单片机对输入信 号的要求。 气体采集模块驱动电路如图 2 所示。
* 基 金 项 目 ： 甘 肃 省 城 市 发 展 研 究 院 科 研 项 目 （ 2010 - GSCFY - KJ07 ）
98
报警阈值时，控制单元再发出指令停止警报和排风扇的 运行。 设计该系统的工作电压为+5 V，报警阈值为 6 000 ppm， 工 作 温 度 范 围 0 ℃～40 ℃ ， 反 应 时 间 为 1 ～3 s 。 其具体的系统框图如图 1 所示。
29 PSEN
30 ALE
14 P3.4/TO 15 P3.5/TI 16 P3.6/RO 17 P3.7/WR
AT89S52
VCC
MQ-4 16
34 5
Rp R2
R1
R3
2 、 8 LM393
、
34
1
LED
P1
C1
+5 V DOUT AOUT
GND
1 2 3 4
图 2 气体采集电路图
2.2 系统电路 天然气泄漏监控系统由气敏传感器检测模块、无线发
文献标识码： A
文 章 编 号 ： 1674-7720 （2012 ）11-0098-03
Design of home-use natural gas leak monitoring system
Ji Wusheng1，3，Fan Xinsheng2，Liu Yuhua3，Fan Peiyuan3
（ 1 . Institute of Electronic Information Science and Technology ， Lanzhou City University ， Lanzhou 730070 ， China ； 2 . Lanzhou Branch of Beijing Aerospace Wanyuan Coal Chemical Engineering Technology Co. . Ltd ， Lanzhou 730050 ， China ；
VCC
AOUT VCC
C1 C2
+C4 30 pF 30 pF
10 μF
R1
10 kΩ
26 27 28
1 2 3 4 5 25 24 23 22 12
IN0 IN1 IN2
CSLTOEACORKCT
IN3 IN4
OUT1
IN5 IN6 IN7
ห้องสมุดไป่ตู้
OUT2 OUT3 OUT4
ADD A ADD B ADD C
R6
R2
10 kΩ
1 kΩ
Q1
R7
R3
10 kΩ
1 kΩ
Q2
R8
R4
10 kΩ
1 kΩ
Q3
R9
R5
10 kΩ
1 kΩ
Q4
图 3 气体转换及浓度显示模块
《 微 型 机 与 应 用 》 2012 年 第 31 卷 第 11 期
欢 迎 网 上 投 稿 www.pcachina.com 99
应用奇葩 Example of Application
DF 超再生接收模块 VCC GND DATA
VD VCC
VCC R1 RRP
VCC VCC DF无线发射器 DATA GND
VCC
RRP1
18 VCC VT
17 OSC1
16 OSC2
15 DIN
14 D0
13 D1
12 D2
11 D3
10 VCC
18 Dout 17 OSC1 16 OSC2 15 TE 14 D0 13 D1 12
送模块、无线接收模块、报警模块和危险处置模块构成。 2.2.1 气体采集浓度检测模块设计
气敏传感器检测模块采集到的气体信号通过 ADC0809 转 换 成 数 字 信 号 传 输 到 AT89S52 作 为 程 序 判 据 ， 当 气 体 浓 度 达 到 检 测 上 限 浓 度 值 时 ，AT89S52 做 出 判断，发出报警信号，同时在数码管上显示出此时浓度 值。图 3 是气体转换及浓度显示模块，具体连接时，将图 2 中 P1 插 接 件 的 AOUT 管 脚 接 图 3 中 的 AOUT 标 志 管 脚 。 2.2.2 无线收发模块系统设计
Key words ： natural gas； monitoring system； control modules； wireless transmission； AT89S52
1 天然气泄漏监控系统设计方案 本 系 统 以 单 片 机 AT89S52 为 主 设 计 控 制 模 块 ， 配 以
应用奇葩 Example of Application
家用天然气泄漏监控系统设计 *
姬 五 胜 1，3，范 新 胜 2，刘 玉 华 3，范 培 媛 3 （1. 兰 州 城 市 学 院 电 子 信 息 科 学 与 技 术 研 究 所 ， 甘 肃 兰 州 730070 ； 2. 北 京 航 天 万 源 煤 化 工 工 程 技 术 有 限 公 司 兰 州 分 公 司 ， 甘 肃 兰 州 730050 ；
芯 片 PT2262/2272 ， 只 要 简 单 的 电 路 与 单 片 机 I/O 接 口 连接即可实现编码、解码来实现数据通信。 另外，编码、 解 码 模 块 输 出 脚 在 模 块 内 部 通 过 一 个 上 拉 39 kΩ 电 阻 到+5 V，使用的时候需要考虑解码器件的输入阻抗。
在本系统中所使用的无线收发模块编码、解码具体 电路如图 4 所示。
3. 兰 州 城 市 学 院 培 黎 工 程 技 术 学 院 ， 甘 肃 兰 州 730070 ）
摘 要 ： 利 用 基 于 AT89S52 单 片 机 控 制 模 块 和 PT2272 、PT2262 编 码 解 码 的 DF 无 线 通 信 模 块 开
发 了 一 种 新 的 天 然 气 泄 漏 监 控 系 统 ， 利 用 MQ-4 气 敏 传 感 器 作 为 气 体 浓 度 检 测 器 件 。 系 统 能 在 可 燃 气