基于單片機(jī)的氣體檢測(cè)報(bào)警器

李悅，董莉霞

摘要：該文介紹實(shí)現(xiàn)溫室有害氣體自動(dòng)監(jiān)測(cè)和蜂鳴器提示報(bào)警的溫室環(huán)境有害氣體智能檢測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)。自動(dòng)檢測(cè)部分就是利用傳感器來檢測(cè)溫室環(huán)境中的有害氣體的濃度，把檢測(cè)到的結(jié)果傳送給單片機(jī)。在一臺(tái)單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置好溫度報(bào)警閾值，并與輸入單片機(jī)溫度的數(shù)值相同進(jìn)行了比較，當(dāng)溫度超過了預(yù)設(shè)溫度報(bào)警閾值時(shí)，蜂鳴器自動(dòng)報(bào)警，有害溫度和空氣濃度的數(shù)值就會(huì)在 LCD電腦的顯示屏上清晰地顯示。同時(shí)顯示出來的還有當(dāng)前輸入單片機(jī)內(nèi)的頻率值和有害氣體報(bào)警范圍。該系統(tǒng)還可手動(dòng)調(diào)節(jié)報(bào)警閾值，調(diào)節(jié)結(jié)果在顯示屏上顯示極為方便和簡(jiǎn)單。

關(guān)鍵詞：傳感器;放大電路;A/D轉(zhuǎn)換;報(bào)警系統(tǒng);溫室

中圖分類號(hào)：TP311? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）34-0125-02

當(dāng)下人們?cè)谏鐣?huì)日常生活中對(duì)于信息質(zhì)量的高度重視普及程度已經(jīng)越來越多。在這種情況下，溫室被廣泛使用，特別是作為生活的一部分。無論是蔬菜種植還是花卉種植，對(duì)溫室環(huán)境的要求都很嚴(yán)格，特別是有害氣體的影響尤為明顯，因此，溫室大棚內(nèi)適宜的有害氣體對(duì)蔬菜的正常生長(zhǎng)及產(chǎn)量極其重要。在市場(chǎng)上針對(duì)這一情況，各企業(yè)和制造商開發(fā)了多種溫室環(huán)境的報(bào)警系統(tǒng)。溫室的大規(guī)模廣泛使用，它不論是在技術(shù)上還是在使用上都得到了很大提高，并日趨成熟。本課題設(shè)計(jì)的溫室環(huán)境有害氣體監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)，在除能滿足對(duì)溫室實(shí)施監(jiān)控報(bào)警外，使用更簡(jiǎn)單化，并且能保證很好的靈活性，準(zhǔn)確性和較低的成本，是建立在目前市場(chǎng)上常用的監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出的一款更好的監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)[1]。

1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1.1設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單且實(shí)用的溫室氣體質(zhì)量檢測(cè)和報(bào)警系統(tǒng)，要求可以檢測(cè)兩種以上溫室氣體質(zhì)量指標(biāo)，并且能實(shí)時(shí)檢測(cè)顯示，超過閾值報(bào)警提醒，成本低，性能穩(wěn)定。

1.2系統(tǒng)的總體框圖

該報(bào)警器系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖設(shè)計(jì)如圖1所示，該系統(tǒng)以微機(jī)單片機(jī)為基礎(chǔ)和核心與外圍控制電路共同實(shí)現(xiàn)了信號(hào)采集、時(shí)刻顯示、狀態(tài)表現(xiàn)、濃度顯示、聲音報(bào)警及閃爍、四個(gè)按鍵輸入以及故障自檢等多種功能。報(bào)警控制系統(tǒng)是采用巡檢的一種工作模式，進(jìn)行兩級(jí)報(bào)警值的控制，發(fā)出不同的燈光以及噪聲信號(hào)[2]。該監(jiān)控系統(tǒng)中用戶應(yīng)當(dāng)首先選擇一臺(tái)類型屬于采用微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的新型報(bào)警高性能監(jiān)控單片機(jī)，要求能夠?qū)崿F(xiàn)各種類型自動(dòng)化報(bào)警測(cè)量，具備高測(cè)量精度、功耗低，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確率高，通用性好，為了盡量保證各種類型報(bào)警測(cè)試儀表的測(cè)量準(zhǔn)確性和測(cè)量可靠性，而且盡量保證使用軟件成本低，體積小，這樣就更加安全有利于有效縮短各種報(bào)警檢測(cè)儀表的設(shè)計(jì)使用維護(hù)時(shí)間，降低各種類型報(bào)警檢測(cè)儀表的設(shè)計(jì)制造安裝成本。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1傳感器

該傳感器主要是把空氣中有害物質(zhì)的含量通過轉(zhuǎn)換成電信號(hào)而產(chǎn)生的。這項(xiàng)研究的結(jié)果使開發(fā)一種測(cè)量各種氣體產(chǎn)生的煙氣中氣體含量的方法成為可能。由此可以看出，傳感器是有害氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)備的基本部件和中心。所使用的各種傳感器在使用現(xiàn)場(chǎng)的影響下，各種環(huán)境和大氣條件艱苦，尤其是固定式儀器的傳感器長(zhǎng)期連續(xù)工作運(yùn)行，并限制使用防爆和電源，這樣會(huì)對(duì)有害氣體傳感器的要求更加嚴(yán)格。

2.2放大電路

因?yàn)閭鞲衅鬏敵鲂盘?hào)通常是低功率的信號(hào)（一般小于μv 量級(jí)），也必須通過調(diào)節(jié)電路中的信號(hào)電壓水平來對(duì)其進(jìn)行非線性的放大和處理，以滿足 A / D 轉(zhuǎn)換電路應(yīng)用對(duì)于信號(hào)電平的必要，以 LM747J為設(shè)計(jì)核心的一個(gè)集成式運(yùn)算放大器電路，與電阻電容相互配合來完成對(duì)于信號(hào)電平的非線性調(diào)整和放大。同時(shí)，電路也采用外部自動(dòng)調(diào)零的溫度控制模式，保證傳感器輸出信號(hào)的精度、可靠性和穩(wěn)定性[3]。

2.3 A/D轉(zhuǎn)換

鑒于氣體傳感器輸出的是模擬量，需要經(jīng)過ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換后才能在液晶屏上顯示，本論文選用目前流行使用的ADC0832芯片，該芯片操作方便，代碼簡(jiǎn)單，易于操作。

2.4 單片機(jī)

單片機(jī)就像是一種簡(jiǎn)稱的單片微機(jī)，它將一臺(tái)微機(jī)中的大多數(shù)計(jì)算工具集成到一個(gè)獨(dú)立的單片機(jī)上。鑒于考慮到該系統(tǒng)使用所需的程序和數(shù)據(jù)空間相對(duì)較大，因此我們選擇了 AT89S52單片機(jī)。它采用了一種帶有電可摩擦的金屬材料，燒錄次數(shù)更高，而且持續(xù)時(shí)間也更短，可以給許多其他集成化的應(yīng)用帶來更高的靈活性和更加成本效益的解決方案。

2.5 蜂鳴器報(bào)警

報(bào)警系統(tǒng)選用的是有源蜂鳴器，高于設(shè)定的閾值報(bào)警提示，低于閾值停止發(fā)聲。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)思路，各個(gè)模塊相互獨(dú)立，程序模塊包括初始化程序，溫室中有害氣體的數(shù)據(jù)采集程序，模數(shù)轉(zhuǎn)化程序，顯示程序和報(bào)警程序[4]。模塊設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是方便調(diào)試、移植和擴(kuò)展。

3.1系統(tǒng)總體流程圖

系統(tǒng)的總體流程圖如圖2所示：

系統(tǒng)在初始化之后，溫室中有害氣體的傳感器將檢測(cè)到相應(yīng)有害氣體的數(shù)值傳遞給A/D轉(zhuǎn)換器ADC0832，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，顯示在LCD1602顯示屏上，并進(jìn)行判斷是否超過閾值，超過的話則指示燈顯示狀態(tài)且蜂鳴器報(bào)警，系統(tǒng)最終報(bào)警圖如下所示。

4 結(jié)語

設(shè)計(jì)了一套以 AT89S52單片機(jī)為基礎(chǔ)和核心并通過外接其他芯片的便攜式計(jì)算機(jī)監(jiān)視和監(jiān)控系統(tǒng)，利用氣體傳感器和光觸媒技術(shù)的操縱機(jī)制優(yōu)勢(shì)出發(fā)，研制和完成了一套適用于室內(nèi)空氣中有害氣體的監(jiān)視和監(jiān)控的便攜式室內(nèi)有害氣體檢查監(jiān)測(cè)儀。該檢測(cè)系統(tǒng)既針對(duì)溫室內(nèi)空氣中多種有害化學(xué)物質(zhì)的濃度進(jìn)行了檢測(cè)，又根據(jù)自身檢測(cè)結(jié)果向后繼電路發(fā)出了相應(yīng)的報(bào)警信息，然后通過控制自動(dòng)后繼電路開始發(fā)生相應(yīng)的動(dòng)作，而且其穩(wěn)定性好，精度高，體積小，使用方便。

參考文獻(xiàn)：

[1] 賈亮.基于單片機(jī)的甲烷濃度檢測(cè)器設(shè)計(jì)[D].沈陽：沈陽航空航天大學(xué)，2020.

[2] 任天鵬.多功能一氧化碳檢測(cè)報(bào)警裝置[D].哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)，2020.

[3] 黃國凱，張郡夫，呂海玉，等.基于單片機(jī)的廚房致癌氣體及油溫檢測(cè)系統(tǒng)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2020（12）：30-31.

[4] 徐蘭.基于單片機(jī)的智能溫度檢測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].天津：天津工業(yè)職業(yè)學(xué)院，2020.

【通聯(lián)編輯：梁書】