摘 要：本设计主要针对家用轿车设计了一款基于STM32F103C8T6单片机的一氧化碳检测仪，通过MQ-7一氧化碳传感器能够检测车内一氧化碳浓度，并将其通过OLED屏幕显示出来，若一氧化碳浓度超出设定的危险阈值，检测仪启动声光两重报警，提示车主及时做出应对措施。该检测仪电路简单，而且体积小、成本低、使用方便，具有较高的实用价值。

关键词：单片机;声光报警;MQ-7一氧化碳传感器

一氧化碳（Carbon Monoxide）是无色、无味、无刺激性的气体，人体在短时间内吸收较高浓度的CO时会造成急性中毒，甚至死亡[1]。由于发生一氧化碳中毒事件的隐蔽性和普遍性，迫切需要一种监控室内一氧化碳浓度的检测仪，当一氧化碳浓度过高时及时报警，保护人们的生命财产安全[2]。尤其是在密闭环境中，比如汽车，由于天气较热，大部分车主选择关闭车窗开启空调，造成空气不流通，导致一氧化碳事故时有发生。因此，做好对一氧化碳的监测，能极大减少事故的发生。基于此目的，我们设计一款简单实用、价格实惠的便携式一氧化碳检测系统。

一、系统硬件概述

一氧化碳检测系统以STM32F103C8T6单片机作为主控芯片，结合一氧化碳浓度采集模块、A/D转换模块、声光报警模块等模块。一氧化碳浓度采集模块用于采集环境中的一氧化碳浓度，A/D转换模块将采集到的一氧化碳浓度数据转换成单片机能处理的数字信号，单片机将收集的信号进行处理，然后通过OLED屏幕显示检测到的数据，并判断收集到的数据是否超过系统设定的阈值，若超出设定值，则能通过蜂鸣器发出的鸣叫声提醒用户。其整体框图如图1所示。

图1 系统框图

STM32F103C8T6单片机是意法半导体较早推向市场的基于Cortex-M内核的微处理器系列产品，这是一款功能强大的单片机，相较于C51单片机在性能方面更有优势，而且新系列产品整合先进的面向连接的外设，使开发人员可以在设备上整合更多的功能。

一氧化碳浓度采集模块则采用了MQ-7气体传感器，属于半导体电阻式传感器，它所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡，当所处的环境中存在目标气体时，传感器的电导随空气中目标气体浓度的增大而增大，可将电导的变化量转换为与之对应的输出信号[3]。采用高低温循环检测方式，低温（1.5V加热）检测一氧化碳，传感器的电导率随空气中一氧化碳气体浓度增加而增加，高温（5.0V加热）清晰低温时吸附的杂散气体。使用简单的电路即可将电导率的变化，转化为与一氧化碳浓度相对应的输出信号。尽管MQ-7气体传感器探测的范围不是很广泛，但对于一氧化碳浓度灵敏度却很高。

显示模块则采用了OLED（Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管）。OLED被称为第三代显示技术，不仅更轻薄、能耗低、亮度高、发光率高，并且可以做到弯曲。与传统的LCD显示方式不同，无需背光灯，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光。

报警模块包含声、光双重报警两部分。光报警部分采用LED（Light Emitting Diode，发光二极管）。LED是一种常用的发光元器件，在电路中及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。在现代社会，应用很广泛，如平板显示、交通信号灯、医疗等。声音报警部分则采用的传统的蜂鸣器。常见的蜂鸣器有无源蜂鸣器和有源蜂鸣器。本模块采用的是价格较便宜的无源蜂鸣器。蜂鸣器的电路工作原理图如图2所示。

图2 蜂鸣器原理图

蜂鸣器报警模块为高电平驱动，通过I/O口来驱动该模块，当P口接收的信号为高电平时，三极管导通，蜂鸣器有电流，蜂鸣器便会发出声音，Vcc的电压值不要超过蜂鸣器的极限，否则电路不能正常工作。当P口接收的信号为低电平时，三极管截止，蜂鸣器无电流，蜂鸣器不发出声音。

二、系统软件设计

主程序的流程图如下图图3所示。需要实现的功能有：（1）经单片机处理后的信号转成需要显示的数据并将在OLED屏幕上显示出来。（2）MQ-7一氧化碳传感器的故障检测，如果是传感器发生故障，则在此时绿灯熄灭，黄灯闪亮，提醒车主该系统有传感器发生故障，不能正常工作，需要检修或进行更换。（3）当系统正常工作时，若车内一氧化碳浓度正常时，LED绿灯亮起;若车内一氧化碳的浓度超出阈值，警示灯LED红灯亮起，同时启动蜂鸣器，提醒车主尽快做出相应的防范措施。

图3 主程序流程图

检测部分程序如下：

if（co>50）

{LED1_OFF;

LED3_ON;}//一氧化碳浓度超过50时，绿灯灭，红灯亮，蜂鸣器响起

else if（co<50&&cnt<18&&temp<30）

{LED1_ON;

LED2_OFF;

LED3_OFF;} //正常情况下绿灯亮。

三、电路测试

（一）硬件测试

（1）MQ-7一氧化碳传感器测试。传感器先预热20秒左右，然后接近含较高浓度一氧化碳被测气体，灯亮;将传感器远离被测气体，灯灭，说明传感器能正常工作。在實际的操作中，需要指示灯来显示其处于连接的状态，因此，当电路接通的时候，传感器的指示灯是常亮状态的。通过测试，本模块能正常工作。

（2）蜂鸣器的测试。在本系统中，蜂鸣器要求在车内一氧化碳浓度超过设定值时能及时的报警。在调试的过程中，拿打火机靠近一氧化碳传感器时，当一氧化碳的浓度超过阈值时，蜂鸣器发出声音提醒，所以，本模块调试成功。

（3）OLED显示屏测试。要使OLED上面能显示出传感器检测到的各类数据，必须要经A/D转换之后才传输到OLED模块进行显示，在整个过程中需要软件调试来辅助进行。通过调试最终顺利将所需的信息显示在OLED显示屏上。图4即为OLED正常工作时的顯示屏幕内容。

图4 OLED显示屏测试

（二）系统软件测试

系统软件测试是通过软件开发工具来将编写好的代码运行测试。在本系统软件，使用的是Keil5软件编写，程序语言为C语言。打开Keil5软件，创建新的工程项目，选择好对应的单片机型号，在相应的界面下开始着手程序的编写，通过keil5的运行功能可以检查出程序是否存在语序或逻辑的错误，根据运行后的提示进行修改，完善程序代码。

当程序编译通过后，可使用软件生成hex文件，并通过ISP下载方法将其下载到芯片中，至此程序部分测试完成一半。再通过硬件的各功能模块测试系统的功能指标是否达到。在这个过程当中，遇到的往往都是一些细微的差别，如要求led绿灯亮，但硬件模块展现的却是黄灯在闪，这明显是功能搞反了，一开始认为是两个灯的引脚接错了，但在换了之后却还是没有改变情况，排查了许久，最终还是在代码那里发现了问题。代码的逻辑没问题，也能正常的运行，但却将灯闪与灭对换了。

四、结语

轿车已经进入千家万户，但每年由一氧化碳中毒引发的事故时有发生，本文所设计的一氧化碳检测仪，电路简单，成本低廉，能够准确检测密闭车内的一氧化碳浓度，并能够发出声光两重报警以提醒车主，除了可用于车内，还可以广泛应用于其他可能产生一氧化碳的密闭空间，实用价值较高。

参考文献：

[1]段闪闪，李元帅，万超.温室大棚用CO报警器设计[J].计算机产品与流通，2018（4）：131.

[2]李瑞福.基于单片机AT89C51的一氧化碳浓度检测仪设计[J].软件，2015，36（9）：106-108.

[3]郭全民，马旋坤，王健.室内空气质量测量仪的设计与实现[J].国外电子测量技术，2015，34（1）：52-55.

作者简介：曹灿云（1981-），女，湖南衡阳人，硕士研究生，讲师，广东石油化工学院电子信息工程学院，主要从事电工与电子技术教学与研究。