有害气体短信报警处理器系统设计

贾玉鑫 常永福 马文琦

摘 要：我国每年因空间内有害气体浓度过高导致爆炸和人员中毒事件数不胜数。防范此类事件的发生一直是人们广泛关注的问题。本设计是在传统报警器的基础上进行升级改进，以STM32单片机为核心，利用各种传感器和和一些外设组成一个短信报警处理系统，来达到报警和处理有害气体的目的。

关键词：STM32单片机;传感器;检测;报警;短信

Abstract： Every year in China， the excessive concentration of harmful gases in space leads to numerous explosions and poisoning incidents. Preventing the occurrence of this kind of incident has always been a widespread concern. This design is in the traditional alarm on the basis of upgrading and improvement， STM32 SCM as the core， the use of a variety of sensors and some peripherals constitute a message alarm processing system， to achieve the purpose of preventing and dealing with harmful gases.

Key words： STM32 MCU; The sensor; Detection; Call the police; SMS

0 引言

天然气爆炸和一氧化碳中毒嚴重危害着人们的生命财产安全，据不完全统计，2019年上半年全国天然气爆炸新闻大约370多起，在冬季一氧化碳中毒事件更是数不胜数。传统的家用报警器只能实现声光报警，当人不在房间内发生一氧化碳聚集和天然气泄漏时，气体就不能及时得到处理，会产生严重危害。此设计增加了通风排气和短信发送功能，能在泄漏时第一时间给指定的手机号发送短信，提醒人们采取有效措施，可以有效的避免灾难的发生。

1 短信报警处理器系统工作原理

采用STM32单片机为核心，MQ7一氧化碳烟雾传感器对一氧化碳进行检测，MQ4甲烷烟雾传感器对天然气进行检测，DHT11温湿度模块进行温湿度的检测，各个传感器将检测到的数据实时显示在OLED屏幕上，当检测到有害气体浓度达到设定浓度值后，通过SIM900A短信模块给指定手机号发送报警短信，现场进行声光报警，并触发继电器来使排气扇工作，进而达到预防和处理的目的。

2 系统硬件设计

2.1 烟雾传感器的数据采集与显示

MQ烟雾传感器选择AO端口，模拟量输出。在无有害气体环境中，设置传感器的输出电压值为参考电压，经测得AO端的电压在1V左右，当传感器检测到被测气体时，电压每升高0.1V，实际被测气体的浓度增加200ppm（简单的说：1ppm=1mg/kg=1mg/L=1×10-6 常用来表示气体浓度）。由此参数在程序中进行计算，就可以实现AD转换，在单片机里面将测得的模拟量电压值转换为当前有害气体的浓度值。将采集到的数据传送给单片机，再由单片机发送给OLED显示屏上进行实时显示。

2.2 SIM900A短信发送

该模块支持全部2G卡，支持大部分3G或4G的手机卡。本设计使Sim900a接3.3V电平接口，用3.3VTTL电平接口进行串行通信，传输速率支持从1.2kbps到115.2kbps。SIM900A TXD与单片机的RXD相连接，SIM900A RXD与单片机的TXD相连接，通过串口发送AT命令和数据，当有害气体浓度达到设定值时就会触发模块给预先设定的手机号发送报警短信。

2.3声光报警与排气通风

ST011声光报警模块和继电器与STM32单片机的GPIO口相连接，ST011声光报警模块主要由LED灯、蜂鸣器、三极管组成。将排气扇与电源和继电器相连，当有害气体浓度达到阈值时，单片机控制ST011和继电器，使ST001进行声光报警并使继电器闭合，继电器闭合进而控制排气扇工作，以此来达到现场的报警和处理。

3.系统软件设计

系统软件设计的总体思路为：首先进行系统初始化，之后各模块开始正常工作，MQ烟雾传感器进行检测，单片机将检测到得电压值在程序中进行计算，通过AD转换将电压值转换为浓度显示在OLED 屏幕中，报警装置的引脚每隔3秒进行一次判断，当检测到的浓度达到设定值时，sim900a通过发送AT指令和数据，将事先设定的报警内容发给指定联系人，其他装置将相应引脚电平置为设定电平，进而进行处理。当浓度降低到设定值之后，声光报警关闭，排气扇继续工作。

4.结束语

本文介绍了用STM32核心板与MQ7一氧化碳烟雾传感器、MQ4甲烷烟雾传感器、DHT11温湿度传感器、OLED M096-ZK屏幕、SIM900A短信模块、声光报警模块、继电器、风扇等相连接，将各个模块采集到的数据显示出来，当有害气体浓度达到预警值时进行报警和处理，确保第一时间通知到指定人员，极大的解决了普通居民对气体泄漏的困扰，具有较强的实用性。

参考文献：

[1]王化祥，张淑英.《传感器原理及应用》.天津大学出版社2014（9）.226-239

[2]Openedv 开源电子网.《STM32中文参考手册》.《STM32F1开发指南-库函数版本_V3.1》.http：//www.openedv.com/

[3]周曦国，陶薇薇.基于GSM技术的温度报警系统的设计与实现[J]. 实验室科学.2013（1）.27-29

[4] 张伟，段萍，丁承君.基于STM32火灾报警系统设计[J].科技创新与应用.2016（9）.43-44

基金项目： 北方民族大学2019年自治区级大学生创新创业训练计划项目阶段性成果，项目名称：有害气体短信报警器;项目负责人：贾玉鑫;项目编号：S2019-11407-019

作者简介：

贾玉鑫（1998-），男，本科，就读于北方民族大学电气信息工程学院。

指导老师：张怡