基于SPCE061A的天然氣智能報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著人民生活水平的提高，天然氣已普遍使用。但由于使用不當(dāng)或疏于管理等原因?qū)е碌?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/天然氣">天然氣泄漏極大地威脅著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。目前，一般的天然氣報(bào)警器功能單一，或是手動(dòng)復(fù)位閥門系統(tǒng)，性能穩(wěn)定性低；而大型的監(jiān)控系統(tǒng)又價(jià)格不菲，需專門的技術(shù)人員來(lái)管理，不適用于中小企業(yè)和家庭。針對(duì)這類天然氣管理現(xiàn)狀，研究設(shè)計(jì)了一種用單片機(jī)控制的智能天然氣監(jiān)控系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，易于操作和便于擴(kuò)展等特點(diǎn)。它利用SPCE061A單片機(jī)的強(qiáng)大功能和可擴(kuò)充性為后盾，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣監(jiān)控系統(tǒng)的各種實(shí)時(shí)有效、多功能的控制操作，尤其適合作為家用智能報(bào)警器及小區(qū)、廠礦等場(chǎng)所的天然氣監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)使用。系統(tǒng)的主要功能有：實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣泄漏的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；實(shí)時(shí)跟蹤顯示現(xiàn)場(chǎng)天然氣濃度；具有語(yǔ)音報(bào)警功能；根據(jù)報(bào)警狀況自動(dòng)關(guān)閉天然氣管道電磁閥并開(kāi)啟排氣裝置。值得注意的是語(yǔ)音報(bào)警功能。其中，語(yǔ)音信號(hào)是信息的主要載體，如果在這些測(cè)量場(chǎng)合能用語(yǔ)音直接報(bào)出結(jié)果，將給操作人員帶來(lái)極大方便，下面就介紹一種具有新功能的新型天然氣傳感器測(cè)試系統(tǒng)。它能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)并顯示空氣中天然氣的濃度，當(dāng)濃度達(dá)到一定值的時(shí)候，發(fā)出本地語(yǔ)音報(bào)警，若報(bào)警3 min后仍然無(wú)人關(guān)閉警報(bào)時(shí)，則電話報(bào)警，開(kāi)始撥打預(yù)先存入單片機(jī)的電話號(hào)碼；當(dāng)?shù)谝粋€(gè)無(wú)人應(yīng)答時(shí)，開(kāi)始撥打下一個(gè)號(hào)碼，這樣循環(huán)撥打直至有人接聽(tīng)，則開(kāi)始播報(bào)警情，與此同時(shí)，在單片機(jī)的控制下關(guān)閉天然氣電磁閥門，并打開(kāi)換氣設(shè)備。

　　l 硬件設(shè)計(jì)

　　該設(shè)計(jì)的硬件電路主要由報(bào)警輸入電路、報(bào)警控制電路、報(bào)警實(shí)現(xiàn)電路和自動(dòng)處理警情電路4部分組成，如圖1所示。其中，報(bào)警實(shí)現(xiàn)有本地語(yǔ)音報(bào)警和電話自動(dòng)播放語(yǔ)音報(bào)警2種。具體上說(shuō)是由傳感器檢測(cè)電路、單片機(jī)控制電路、濃度顯示電路、本地報(bào)警電路、電話報(bào)警5部分組成。下面具體分析各個(gè)電路。

　　1．1 傳感器

　　氣敏傳感器是能夠感知環(huán)境中某種氣體及其濃度的一種敏感器件，它將氣體成分、濃度等有關(guān)信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)控制系統(tǒng)可以進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)控、報(bào)警；還可以通過(guò)接口電路與計(jì)算機(jī)組成自動(dòng)檢測(cè)、控制和報(bào)警系統(tǒng)，它是很重要的監(jiān)測(cè)器件。在氣敏傳感器選擇上要考慮測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境、靈敏度、頻率響應(yīng)特性、線性范圍、穩(wěn)定性和精度等多種因素。MQ-4氣體傳感器以其對(duì)天然氣有很高的靈敏度，對(duì)乙醇、煙霧有很低的靈敏度，有快速的響應(yīng)恢復(fù)特性，具有長(zhǎng)期的使用壽命、可靠的穩(wěn)定性和簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路，使它已成為該設(shè)計(jì)的首選器件。MQ-4主要用于家庭或工業(yè)天然氣的探測(cè)裝置，其工作電壓小于15 V，負(fù)熱電阻RL可調(diào)，使用溫度范圍是-10～+50℃，存儲(chǔ)溫度范圍是-20～+70℃，適用測(cè)量范圍為300～10 000 ppm。因?yàn)镸Q-4型氣敏元件對(duì)不同種類、不同濃度的氣體有不同的電阻值，因此在使用此類型氣敏元件時(shí)，靈敏度的調(diào)整是很重要的，一般用5 000 ppm天然氣校準(zhǔn)傳感器。

　　1．2 單片機(jī)SPC2E061A

　　凌陽(yáng)SPCE061A是16位的單片機(jī)，內(nèi)置2 KwordSRAM和32 KWOrd FLASHROM，32位通用可編程輸入／輸出端口，2個(gè)16位可編程定時(shí)器／計(jì)數(shù)器，14個(gè)中斷源，具有語(yǔ)音處理功能，能實(shí)現(xiàn)放音、錄音、語(yǔ)音識(shí)別等功能。該系統(tǒng)就是利用凌陽(yáng)單片機(jī)的語(yǔ)音播報(bào)功能來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)警語(yǔ)音和提示語(yǔ)音。

　　1．3 電話報(bào)警電路

　　電話報(bào)警電路是當(dāng)天然氣濃度到達(dá)一定值時(shí)開(kāi)始自動(dòng)撥號(hào)，警告主人采取一定的措施，主要由下面3部分組成。

　　1．3．1 MT8888及其接口電路

　　DTMIF信號(hào)收發(fā)器選用加拿大Mitel公司的MT8888。它是該公司生產(chǎn)的DTMF信號(hào)編碼／解碼系列芯片中較新的一種。該芯片功能強(qiáng)，功耗低，工作穩(wěn)定可靠。MT8888在該系統(tǒng)中的主要功能是自動(dòng)撥號(hào)、電話信號(hào)音檢測(cè)以及DTMF信號(hào)的接收。MT8888與凌陽(yáng)單片機(jī)的接口電路如圖2所示。MT8888輸出的DTMF信號(hào)還需經(jīng)過(guò)放大再送到電話線上。

　　1．3．2 摘掛機(jī)檢測(cè)電路

　　自動(dòng)摘掛機(jī)電路如圖3所示。當(dāng)IOB0為低電平時(shí)，掛機(jī)；當(dāng)IOB0為高電平時(shí)，摘機(jī)。

　　1．3．3 振鈴檢測(cè)電路

　　振鈴檢測(cè)電路，當(dāng)有鈴流信號(hào)來(lái)時(shí)，IOB2輸出方波，對(duì)此方波計(jì)數(shù)，就可判斷振鈴的個(gè)數(shù)。

　　1．4 顯示電路

　　顯示電路主要是用4位LED數(shù)碼管將單片機(jī)檢測(cè)到的空氣中的濃度實(shí)時(shí)的顯示出來(lái)，非常便利。