基于SPCE061A的天然氣智能報警系統設計

隨著(zhù)人民生活水平的提高，天然氣已普遍使用。但由于使用不當或疏于管理等原因導致的天然氣泄漏極大地威脅著(zhù)人們的生命財產(chǎn)安全。目前，一般的天然氣報警器功能單一，或是手動(dòng)復位閥門(mén)系統，性能穩定性低；而大型的監控系統又價(jià)格不菲，需專(zhuān)門(mén)的技術(shù)人員來(lái)管理，不適用于中小企業(yè)和家庭。針對這類(lèi)天然氣管理現狀，研究設計了一種用單片機控制的智能天然氣監控系統，具有結構簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，易于操作和便于擴展等特點(diǎn)。它利用SPCE061A單片機的強大功能和可擴充性為后盾，可以實(shí)現對天然氣監控系統的各種實(shí)時(shí)有效、多功能的控制操作，尤其適合作為家用智能報警器及小區、廠(chǎng)礦等場(chǎng)所的天然氣監控系統來(lái)使用。系統的主要功能有：實(shí)現對天然氣泄漏的實(shí)時(shí)監測；實(shí)時(shí)跟蹤顯示現場(chǎng)天然氣濃度；具有語(yǔ)音報警功能；根據報警狀況自動(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)音報警功能。其中，語(yǔ)音信號是信息的主要載體，如果在這些測量場(chǎng)合能用語(yǔ)音直接報出結果，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試系統。它能夠實(shí)時(shí)檢測并顯示空氣中天然氣的濃度，當濃度達到一定值的時(shí)候，發(fā)出本地語(yǔ)音報警，若報警3 min后仍然無(wú)人關(guān)閉警報時(shí)，則電話(huà)報警，開(kāi)始撥打預先存入單片機的電話(huà)號碼；當第一個(gè)無(wú)人應答時(shí)，開(kāi)始撥打下一個(gè)號碼，這樣循環(huán)撥打直至有人接聽(tīng)，則開(kāi)始播報警情，與此同時(shí)，在單片機的控制下關(guān)閉天然氣電磁閥門(mén)，并打開(kāi)換氣設備。

　　l 硬件設計

　　該設計的硬件電路主要由報警輸入電路、報警控制電路、報警實(shí)現電路和自動(dòng)處理警情電路4部分組成，如圖1所示。其中，報警實(shí)現有本地語(yǔ)音報警和電話(huà)自動(dòng)播放語(yǔ)音報警2種。具體上說(shuō)是由傳感器檢測電路、單片機控制電路、濃度顯示電路、本地報警電路、電話(huà)報警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)信息轉換成電信號，通過(guò)控制系統可以進(jìn)行檢測、監控、報警；還可以通過(guò)接口電路與計算機組成自動(dòng)檢測、控制和報警系統，它是很重要的監測器件。在氣敏傳感器選擇上要考慮測量對象與測量環(huán)境、靈敏度、頻率響應特性、線(xiàn)性范圍、穩定性和精度等多種因素。MQ-4氣體傳感器以其對天然氣有很高的靈敏度，對乙醇、煙霧有很低的靈敏度，有快速的響應恢復特性，具有長(cháng)期的使用壽命、可靠的穩定性和簡(jiǎn)單的驅動(dòng)電路，使它已成為該設計的首選器件。MQ-4主要用于家庭或工業(yè)天然氣的探測裝置，其工作電壓小于15 V，負熱電阻RL可調，使用溫度范圍是-10～+50℃，存儲溫度范圍是-20～+70℃，適用測量范圍為300～10 000 ppm。因為MQ-4型氣敏元件對不同種類(lèi)、不同濃度的氣體有不同的電阻值，因此在使用此類(lèi)型氣敏元件時(shí)，靈敏度的調整是很重要的，一般用5 000 ppm天然氣校準傳感器。

　　1．2 單片機SPC2E061A

　　凌陽(yáng)SPCE061A是16位的單片機，內置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／計數器，14個(gè)中斷源，具有語(yǔ)音處理功能，能實(shí)現放音、錄音、語(yǔ)音識別等功能。該系統就是利用凌陽(yáng)單片機的語(yǔ)音播報功能來(lái)實(shí)現報警語(yǔ)音和提示語(yǔ)音。

　　1．3 電話(huà)報警電路

　　電話(huà)報警電路是當天然氣濃度到達一定值時(shí)開(kāi)始自動(dòng)撥號，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信號編碼／解碼系列芯片中較新的一種。該芯片功能強，功耗低，工作穩定可靠。MT8888在該系統中的主要功能是自動(dòng)撥號、電話(huà)信號音檢測以及DTMF信號的接收。MT8888與凌陽(yáng)單片機的接口電路如圖2所示。MT8888輸出的DTMF信號還需經(jīng)過(guò)放大再送到電話(huà)線(xiàn)上。

　　1．3．2 摘掛機檢測電路

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

　　1．3．3 振鈴檢測電路

　　振鈴檢測電路，當有鈴流信號來(lái)時(shí)，IOB2輸出方波，對此方波計數，就可判斷振鈴的個(gè)數。

　　1．4 顯示電路

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