麦瑞彬+裴胜利

摘要：本装置是将煤气泄漏等级分为轻度泄漏、严重泄漏两个等级，根据煤气泄漏的不同等级做出相应的处理，本设计将GSM通信技术引入报警系统，采用芯片SIM900A在发生事故时发送短信，使系统可通过GSM网络的短信向外界报警，避免煤气泄漏的事故发生。采取模块化的设计思想，通过NRF905无线通信技术，将数据采集与数据处理分开成独立模块。本装置主要分为两大模块：移动采集终端与数据处理终端。针对以上两个部分，本文将详细阐述系统各部分的软硬件设计，包括核心芯片的原理和外围电路，芯片与芯片间的连接电路，以及程序设计方法。

关键词：煤气泄漏检测；AVR单片机；GSM网络通信；NRF905无线通信

中图分类号：TP273.2 文献标识码：A

0 引言

在现代智能家居中，气体泄漏检测报警及控制系统，对于提高燃气使用设备的安全性和可靠性，具有非常重要的意义。

本设计是个全新的家庭的气体泄漏检测报警和控制系统，该系统能自动判断在有气体泄漏浓度的级别，通过网络报警功能发送短信GSM，实现基于SIM900A自动发短信报警功能，并作出相应的处理。利用AVR单片机作为控制芯片，完成数据采集、数据处理、利用NRF905将移动采集终端采集的数据传输给数据处理终端[1]。

1 基于短信报警的煤气泄漏检测装置的总体设计

基于短信报警的煤气泄漏检测及通风装置的设计结构框图如图1所示。该装置为家庭用气安全检测使用的，移动采集端可以安装在厨房、浴室等使用煤气的地方，数据处理终端可以安装在大厅，这样避免安装在角落里无法搜索到GSM网络，也便于人机交互。

移动采集终端通过煤气传感器进行数据采集检测，当有煤气泄漏时，煤气传感器的数字量输出低电平激活ATMEGA16单片机进行声光报警，将煤气传感器的模拟量输出进行A/D转换为数字量，并通过NRF905无线传输装置传输到数据处理终端。数据处理终端接收到信号后，根据煤气泄漏的浓度分为两个等级。当轻度泄漏，数据处理终端，打开换气扇，并发送一条警告短信给用户。当煤气泄漏报警等级为严重泄漏的时候，再关闭电磁阀，以及短信告知用户发生严重泄漏了[2]。

2 移动采集模块与数据处理模块硬件设计

移动采集终端，主要的有气体传感器，ATMEGA16控制芯片，NRF905的无线传感器模块和模块LM7805

三端稳压器，稳压器模块ASM1117。

采用ATMEGA16作为移动采集终端的控制芯片，具有SPI（Serial Peripheral Interface--串行外设接口）通信功能，能够与无线通讯模块NRF905采取同步串口通信。并且具有八位ADC功能，在接收到煤氣传感器AOUT信号后进行AD转换，然后将数字信号通过无线通信模块传输给数据处理终端。

数据处理终端由于需要更强大的处理能力与更多的IO端口，所以这里处理芯片采用ATMEGA128单片机，具体还有采用LCD12864模块，SIM900A模块，声光报警模块，继电器控制模块等。

3 移动采集终端与数据处理终端的软件设计

装置上电后，分别对I/O口、AD口、NRF905、SPI进行初始化。启动AD转化对煤气传感器的模拟量信号转换为数字量信号。将转换好的数字量数据通过NRF905发送给数字处理终端。当煤气传感器的数字量输出为低电平时，蜂鸣器响。移动采集终端软件流程图如图1所示。

装置上电后，先对USART，SPI单片机通信参数初始化；然后通过SPI对NRF905进行初始化；通过USART对SIM900A进行初始化。开机完毕，给预设置的手机号码发送一条开机短信“Gas detection device to work”[3]。对接收的信号进行处理，判断当前煤气浓度泄漏的情况，并划分为轻度泄漏与严重泄漏。轻度泄漏的时候，开启通风扇，声光报警，并且通过短信“Warning： mild gas leak”告知用户，在安全的范围内，用户可以选择继续作业，关闭声光报警。当有煤气泄漏为严重等级的时候，处理终端立刻关闭电磁阀，

开启通风扇，声光报警，并且发送短信“Danger： severe gas leak”告知用户，立刻离开现场[4]。

数据处理终端软件流程图、实物图如图2、图3所示所示。

4 总结与展望

将本系统的实现加入GSM短信报警装置，能够及时通知用户，避免事故恶化，加入无线通信模块，可实现一个数据处理终端，多个数据采集终端。移动采集终端可加入多种传感器，可同时多地采集物理信息[5]。

本设计的系统保留很多拓展功能，（1）移植μCOS嵌入式系统，可以多任务运行，系统的运行效率更高。（2）增加更多的人机交互模式，如键盘输入控制，短信输入控制系统等。（3）GPRS功能，利用SIM900A模块将采集的信息上传到服务器。（4）采用多个移动采集终端，多个传感器的方式去分布式采集各样的数据信息。对现代智能防灾灭火系统也具有现实重要的意义。系统也可以采用多个移动采集终端，多个传感器的方式去分布式采集多种数据信息。例如在大棚农业上的应用，采集大棚湿度温度二氧化碳浓度等信息，可实施自动化农业生产管理等。

参考文献

[1] 王利兴. 基于短信平台的NMS网管系统短信报警功能应用与研究[J]. 金融科技时代，2014（06）：64～65

[2] 王猛，陈浩，张耀. 燃气报警器的分类与选择. 沈阳：企业标准化，2007（09）：53

[3] 周未. 基于GSM网络的防窃电实时监控系统的设计方案探讨，南宁：广西电业，2008，23（2）：23～23

[4] 曹阳，钱斌，程行. 可燃气体报警器的现状及原理. 上海：城市公用事业，1999，（5）：28～30

[5] 李冬梅，黄元庆等. 几种常见气体传感器的研究进展. 北京：传感器世界，2006，6～11

作者简介

麦瑞彬，2015年于天津理工大学中环信息学院获得学士学位。