基于单片机的厨房煤气监测系统

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　　1.系统总体设计方案
　　采用单片计算机及信号采集和处理电路设计一套厨房煤气监测报警系统。系统的主要构架为通过燃气传感器获取空气中可燃气体浓度信号，并用放大器对信号进行滤波、放大等方面的处理再经过A/D转换器，把模拟信号转化成数字信号送入单片机进行比较处理，最后将处理后所得信息转换成了直观的信号进行显示和报警。
　　1.1 信号采集端的选择
　　选用MQ5燃气传感器作为信号采集端，它适用于家庭或工业上对液化气，甲烷，煤气的监测装置。它具有优良的抗干扰能力，具有对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度；对乙醇，烟雾几乎不响应。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。
　　1.2 放大电路及主控模块的选择
　　传感器获得的微弱的电压信号需要经过放大和滤波等方面的处理才能输给单片机进行分析。通过对各类放大器的特点进行科学比较及分析最终选取了通用的放大器LM324。该设计采用SPCE061A型单片机。该单片机易扩展、可靠性高、功耗低、处理速度高，能够很方便地完成普通单片机的功能，A/D转换功能直接利用了凌阳61单片机的相关扩展功能实现的。通过单片机对输入信号与设定值进行比较分析，并做出声光报警等一系列的输出。

　　图1 MQ5连线及等效电路
　　2.模块设计
　　2.1 信号采集模块的设计
　　对于煤气报警器的实现，传感器的选择也相当的重要，是系统重要的组成部分之一，其性能对于系统的精确度和实现范围有着相当大的影响，也是体现煤气监控发展现状的标志。可燃气体的危险性主要视其爆炸极限，爆炸下限数值越小、爆炸下限与上限之间的范围越大，越危险。封装好MQ5有6只针状管脚，其中4个用于信号取出，2个用于提供加热电流 。
　　使用图1电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。
　　其中Ro表示的是测量气体在腔体内的等效电阻，RL是外接负载电阻，用来调整输出的模拟量电压范围，具体数值应根据A/D转换器的输入范围来确定。
　　2.2 信号放大模块的设计
　　本系统电路中放大电路原理图如图2所示，电路的电压放大倍数A仅由外接电阻决定：A=1+R2/R1。具体推导过程如下：

　　

　　此放大电路为同相比例放大电路，它的放大倍数总是大于或等于1。
　　图2 放大电路原理图
　　2.3 语音报警电路的设计
　　用凌阳Compress Tool事先把所需要的语音信号录制并压缩好，本系统只需两个语音资料，整个语音信号经过凌阳SACM_S2000压缩算法压缩后占了16K存储空间，SPCE061A单片机具有32K闪存，使用内部flash即可满足要求。凌阳SPCE061A单片机自带双通道DAC音频输出， DAC输出为电流型输出，所以DAC输出经过SPY0030音频放大，以驱动喇叭放音。在它们后面接一个简单的音频放大电路的喇叭即可。
　　图3 光报警电路
　　2.4 光报警电路的设计
　　如图3所示为光报警电路原理图。其中，“灯指示”为红色电路的功能是当燃气泄漏后，检测空气中可燃气体浓度超过报警值时，在声音报警的同时进行的光报警。即IOB11输出为高电平“1”时，发光二极管导通指示灯亮，当输出低电平“0”时，发光二极管灭，如此反复便可使报警指示灯闪烁报警。同理，当检测到空气中可燃气体浓度达到提示限未达报警限时，“灯指示”为绿色的二极管闪烁。
　　3.设计总结
　　标准的C语言编程，丰富的语音资源函数为编程提供了很大的方便。 该设计方案结构简单，以单芯片实现了语音报警、灯光闪烁、浓度显示功能，相当于“普通单片机+A/D转换芯片+语音模块”的功能。但是比“普通单片机+A/D转换芯片+语音模块”更容易实现且控制灵活。整个系统反应灵敏，准确率高，是一个典型的煤气监测与报警系统。
　　
　　

李小路

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