吴宇　余建国

摘要：设计的家用报警系统用于检测燃气不完全燃烧产生危害人体的CO，可以将报警信息通过无线通信技术发送至远程监控主机。使用主控芯片为PIC16F887，CO检测传感器MQ-7，无线通信模块NRF24L01。

关键词：CO检测烟雾检测

中图分类号：X93 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）08（b）-0031-01

现代家庭中天然气的普及越来越广，其安全性也愈加重要。设计出可靠性高实时性好的CO报警器保障了人们的正常生活。本设计能够检测燃气不完全燃烧发出的CO，当浓度超过100ppm时将报警信号发送给监控主机。

1系统设计

系统采用一主机多从机方式监控多地点的安全情况，主从之间采用无线通信方式交换信息。设计使用PIC16F887作为主控芯片，MQ-7传感器检测CO，发出声光报警信号，智能启动排气扇，并将报警信号通过NRF24L01转换成无线信号传送给远程监控主机。

2硬件设计

检测CO模块采用气敏传感器MQ-7，制作原理是气敏电阻在检测时阻值随气体浓度的增大而减小。SnO2作为气敏材料，在200～300℃温度吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。当遇到有能供给电子的可燃气体（如CO等）时，原来吸附的氧脱附，而由可燃气体以正离子状态吸附在金属氧化物半导体表面；氧脱附放出电子，可燃性气体以正离子状态吸附也要放出电子，从而使氧化物半导体导带电子密度增加，电阻值下降。可燃性气体不存在了，金属氧化物半导体又会自动恢复氧的负离子吸附，使电阻值升高到初始状态。MQ-7的电压引脚为5V，输出引脚为AOUT与DOUT，当CO浓度升高时DOUT由高电平跳变为低电平，LED灯点亮，同时AOUT输出与CO浓度成比例的电压，可连接至PIC的A/D引脚转换成数字信号。PIC检测到过高浓度CO时，启动蜂鸣器报警，同时打开排风电机，并且将CO浓度数据以及地址编号通过无线射频模块发送到上位机，实现远程报警。

为实现节能，CO浓度低时PIC16F887处于低功耗模式，将PIC16F887的RA0引脚设置成超低功耗唤醒模式，连接到MQ-7的DOUT引脚，由该引脚电平跳变唤醒PIC芯片。PIC引脚RA1/AN1可设置为模拟输入用于采集MQ-7引脚AOUT电压，转换为10位二进制数据存放在ADRESL与ADRESH两个寄存器中。

为实现报警，将PIC16F887的CCP模块输出引脚RC2/CCP1设置成PWM输出模式，与蜂鸣器的三极管开关连接，报警时该引脚输出1kHz占空比为50%的脉宽调制波，使蜂鸣器报警。将RB1引脚连接继电器驱动引脚，报警时RB1拉为高电平开通继电器，打开排气扇降低CO浓度。

使用NRF24L01作为无线收发模块，工作于2.4～2.5GHz通用ISM频段，电路简单，程序不需要复杂编码解码。PIC16F887与无线模块芯片有六个控制数据接口连接分别是：CSN、SCK、MISO、MOSI、IRQ、CE。RC5/SDO、RC4/SDI、RC3/SCK分别是PIC的SPI通信模块的数据输出引脚、数据输入引脚、SPI时钟引脚。RB0则可设置为电平变化中断引脚以接收无线芯片引脚IRQ的中断信号。

3软件设计

在硬件设计基础上，完成PIC16F887的软件编写。软件分为初始化程序、中断检测CO程序、蜂鸣器报警程序、开启排风扇程序以及无线发送数据程序。程序与硬件都采用模块化思想，易于编程修改与升级。初始化程序完成芯片振荡时钟设置、看门狗设置等必要初始化之后执行sleep指令进入休眠状态。当CO浓度高于设定值，RA0引脚被拉低，引发中断，执行中断程序读取RA1上的电压值，检测CO浓度。驱动蜂鸣器报警，打开继电器开启排风扇。再将CO浓度数据与本机地址发送至主站无线接收模块（如图1）。

检测模块的无线发送芯片平时处于掉电模式，以节约电能，工作时则进入增强型shockburst模式，发射模式使能自动应答，配置自动重发次数，选择通信频率，配置发射参数，选择通道1发送及发送有效数据位宽度，设置通道0为接收模式接收自动应答信号，其接收地址与接收端地址一致。把接收端地址与要发送数据按时序写入NRF24L04，配置CONFIG寄存器，进入发射状态，将CE引脚拉高（至少10us）启动发射，之后自动转入接收应答信号状态。

主站接收模块设置为接收状态，接受到报警信号后，把报警地址通过RS-232送至上位机，上位机可以通过网络实现远程报警。

4结语

本文设计的CO浓度远程报警系统硬件结构简单，具有较强实用价值，添加模块还可以实现更多检测控制功能。

参考文献

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