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摘要：如今社会上，出现了很多煤气报警器，然而这些产品大多数采用复杂的PC机针对煤气的泄漏做出相应的报警，没有对浓度高低不同做出不同的反应。本文以AT89S51为主要芯片，用MQ-7气敏传感器对室内煤气主要成分（一氧化碳）的浓度进行探测，并将相关信息转化成模拟信号再通过A/D转换器转换成电信号，送入AT89S51单片机中，通过一系列转变在四位七段数码管上显示，在单片机中经过一系列运算，与设定的两个值进行比较，低于小值时煤气管道正常供气；在两值之间时，系统关闭气阀，打开通风装置，待低于小值时，关闭通风装置，同时打开气源；高于大值时，进行声光报警，提醒危险存在以疏散人群，同时关闭气阀，打开通风装置，待低于大值时，停止报警，待低于小值时，关闭通风装置，同时打开气源。
关键词：AT89S51；传感器；煤气报警器
引言
随着现代科技和国民经济的日益发展，人民生活水平生活质量不断提高，煤气的变革及西气东输工程的进行，使得煤气的应用越来越广泛，虽然，现在人们已经意识到安全使用煤气的重要性，但是，每年由于使用不当和设备老化导致的煤气中毒事故时有发生，因室内煤气浓度过高，引起煤气爆炸的事故也不少见。因此，煤气报警控制系统的研究日益重要，能否精确地检测出煤气的浓度直接关系到人民的人身安全及财产安全。
1. 研究的现状及意义
1.1 研究的现状
煤气的主要成分是甲烷，甲烷是一种可燃性气体，遇到明火就会燃烧甚至爆炸，甲烷的不完全燃烧产生CO，CO与血液中的血红素的结合能力是氧的240倍，当它进入人体血液循环系统后，就会抑制血液中氧气的释放，从而致使人缺氧，导致CO中毒。
通常情况下，CO的浓度达到200ppm时，吸入时间2-3h，就会有轻度头痛；当CO的浓度达到800ppm时，吸入时间2h，就会精神失常；当CO的浓度达到3200ppm时，吸入时间30min，就会死亡。
目前，从工厂企业到居民家庭，最广泛的是，已应用于气体泄漏的检测和监控的可燃性气体气敏元件传感器。目前，气敏传感器的发展趋势集中表现为：提高灵敏度和工作性能，降低功耗和成本，缩小尺寸，简化电路等方面。气敏元件传感器作为新型敏感元件传感器在被国家列为重点支持发展对象的情况下，国内也已有了一定的基础。
总的看来，我国气敏元件传感器及其应用技术发展速度越来越快，但与国外的先进水平相比，仍然有相当大的差距，主要体现在产品制造技术、产业化及应用等方面。
1.2 研究的意义
目前市场上的煤气报警器只能在CO浓度过高时发出报警信号，提醒人们打开窗户通风换气或者切断气阀，然而当家中只有小孩儿或者无人的情况下，无法及时采取相应的措施，致使CO浓度持续增加，当达到一定浓度时会发生爆炸，危害个人及他人的人身和财产安全，同时，在CO浓度超过安全范围，但浓度不是很高的情况下引起周边人群不必要的恐慌，在浓度过高时引不起周边人的足够重视。
根据表1，将CO浓度与报警控制处理方式进行规定，如下表所示：
表1 CO浓度与控制处理
本文设计的家用煤气报警器为居民家庭用的煤气报警器，一般安装在厨房，是利用传感器对一氧化碳浓度信号进行监测并且转变成电压信号，然后与设定的电压信号进行比较，当气体浓度超过设定值A时实现关闭气阀，打开排气扇进行换气；当气体浓度超过设定值B时实现智能报警以提醒疏散人群并关闭气阀，打开排气扇进行换气，由此在引起周边人群注意的同时也可避免引起不必要的恐慌。
2. 硬件设计
2.1 总控制原理
本文是基于AT89S51单片机实现煤气报警控制系统的设计。该方案主要包括了气体检测模块，A/D转换模块，数据分析模块，显示模块和驱动模块。具体如下：
1）气体检测模块：主要有MQ-7气敏传感器组成，其作用是将煤气的泄露与否转换为有利于单片机识别的高低电平，并将此信号传送到A/D转换器中；
2）A/D转换模块：ADC0809，作用是将检测到的模拟信号转换为数字信号，并将其送入单片机中；
3）主控模块：即单片机AT89S51，其作用是根据气体检测模块输出的高低电平，控制声光报警模块的工作状态，并完成浓度的采集及显示功能。
4）显示模块：四位七段数码管，其作用是显示当前室内煤气的浓度值；
5) 驱动模块：主要有排气装置和气阀组成，其作用是当检测到有煤气泄漏时，关闭气阀，同时开启排气装置；
6）声光报警模块：由蜂鸣器和LED构成，其作用是当检测到室内CO浓度高于B值时，发出声光报警信号，提醒周边人有爆炸的危险，采取疏散人群等相应措施；
2.2 气体检测模块
本文采用MQ-7气敏传感器。该传感器具有寿命长，成本低，探测范围广，响应时间及恢复时间短等优点。
2.3A/D转换模块
本文采用ADC0809转换器。它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。
2.4 主控模块
2.4.1 单片机
本文采用AT89S51单片机。
2.4.2 单片机晶振电路
由输入端XTAL1和输出端XTAL2组成。
2.4.3 单片机复位电路
本文采用的单片机复位方式为手动。
2.5 显示模块
显示用集成的4位数码管，用于输出P0口的数据给数码管
2.6 驱动模块
驱动模块由报警电路和对气阀及排气装置的控制两部分组成。
光耦合器由发射、接收以及信号的放大的二极管组成。
2.7 声光报警模块
单片机AT89S51的P1.5控制LED_RED的亮灭情况，严重报警的时候点亮LED_RED，并且蜂鸣器发声，表明处于严重报警情况；P1.6接晶体管基极输入端，当P1.6置0时，三极管截至，蜂鸣器不发声；P1.6置1时，三极管导通，蜂鸣器两端处于高电平状态，使蜂鸣器鸣叫。
3. 结论
本文实现了根据室内CO的浓度的不同煤气报警控制系统做出不同的反应，当CO浓度处于安全范围之内时，煤气正常供气；当CO浓度高于安全范围但是未达到爆炸的危险的浓度时，煤气停止供气，同时开启排气扇，使室内CO浓度逐步降低在安全范围之内，而后再关闭排气扇，打开气阀，使煤气正常供气；当CO浓度达到爆炸的危险的浓度时，启动声光报警，警示周边人，有爆炸的危险存在，及时采取相应的安全措施，降低危害程度及范围，同时关闭气阀，停止供气，以免室内CO浓度进一步升高，开启排气扇，使室内及时的通风，直到室内CO浓度逐步降低在爆炸危险的浓度值之下，停止声光报警，降低到安全范围之内,根据实际状况采取近一步措施。
在如今快速发展的社会里煤气的应用显得越来越普遍，将逐步进入普通的家庭中，而煤气报警控制系统也将成为生活不可或缺的一部分。煤气报警控制系统中遇到的很多问题将进一步得到研究解决，真正成为人们人身及财产安全的可靠保障。
参考文献
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