基于SPCE061A的天然气智能报警系统设计

发布时间：2020-07-21 18:29:46 阅读：次来源：轴承钢厂家

随着人民生活水平的提高，天然气已普遍使用。但由于使用不当或疏于管理等原因导致的天然气泄漏极大地威胁着人们的生命财产安全。目前，一般的天然气报警器功能单一，或是手动复位阀门系统，性能稳定性低；而大型的监控系统又价格不菲，需专门的技术人员来管理，不适用于中小企业和家庭。针对这类天然气管理现状，研究设计了一种用单片机控制的智能天然气监控系统，具有结构简单，价格低廉，易于操作和便于扩展等特点。它利用SPCE061A单片机的强大功能和可扩充性为后盾，可以实现对天然气监控系统的各种实时有效、多功能的控制操作，尤其适合作为家用智能报警器及小区、厂矿等场所的天然气监控系统来使用。系统的主要功能有：实现对天然气泄漏的实时监测；实时跟踪显示现场天然气浓度；具有语音报警功能；根据报警状况自动关闭天然气管道电磁阀并开启排气装置。值得注意的是语音报警功能。其中，语音信号是信息的主要载体，如果在这些测量场合能用语音直接报出结果，将给操作人员带来极大方便，下面就介绍一种具有新功能的新型天然气传感器测试系统。它能够实时检测并显示空气中天然气的浓度，当浓度达到一定值的时候，发出本地语音报警，若报警3 min后仍然无人关闭警报时，则电话报警，开始拨打预先存入单片机的电话号码；当第一个无人应答时，开始拨打下一个号码，这样循环拨打直至有人接听，则开始播报警情，与此同时，在单片机的控制下关闭天然气电磁阀门，并打开换气设备。

本文引用地址：硬件设计

该设计的硬件电路主要由报警输入电路、报警控制电路、报警实现电路和自动处理警情电路4部分组成，如图1所示。其中，报警实现有本地语音报警和电话自动播放语音报警2种。具体上说是由传感器检测电路、单片机控制电路、浓度显示电路、本地报警电路、电话报警5部分组成。下面具体分析各个电路。

1．1 传感器

气敏传感器是能够感知环境中某种气体及其浓度的一种敏感器件，它将气体成分、浓度等有关信息转换成电信号，通过控制系统可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统，它是很重要的监测器件。在气敏传感器选择上要考虑测量对象与测量环境、灵敏度、频率响应特性、线性范围、稳定性和精度等多种因素。MQ-4气体传感器以其对天然气有很高的灵敏度，对乙醇、烟雾有很低的灵敏度，有快速的响应恢复特性，具有长期的使用寿命、可靠的稳定性和简单的驱动电路，使它已成为该设计的首选器件。MQ-4主要用于家庭或工业天然气的探测装置，其工作电压小于15 V，负热电阻RL可调，使用温度范围是-10～+50℃，存储温度范围是-20～+70℃，适用测量范围为300～10 000 ppm。因为MQ-4型气敏元件对不同种类、不同浓度的气体有不同的电阻值，因此在使用此类型气敏元件时，灵敏度的调整是很重要的，一般用5 000 ppm天然气校准传感器。

1．2 单片机SPC2E061A

凌阳SPCE061A是16位的单片机，内置2 KwordSRAM和32 KWOrd FLASHROM，32位通用可编程输入／输出端口，2个16位可编程定时器／计数器，14个中断源，具有语音处理功能，能实现放音、录音、语音识别等功能。该系统就是利用凌阳单片机的语音播报功能来实现报警语音和提示语音。

1．3 电话报警电路

电话报警电路是当天然气浓度到达一定值时开始自动拨号，警告主人采取一定的措施，主要由下面3部分组成。

1．3．1 MT8888及其接口电路

DTMIF信号收发器选用加拿大Mitel公司的MT8888。它是该公司生产的DTMF信号编码／解码系列芯片中较新的一种。该芯片功能强，功耗低，工作稳定可靠。MT8888在该系统中的主要功能是自动拨号、电话信号音检测以及DTMF信号的接收。MT8888与凌阳单片机的接口电路如图2所示。MT8888输出的DTMF信号还需经过放大再送到电话线上。

1．3．2 摘挂机检测电路

自动摘挂机电路如图3所示。当IOB0为低电平时，挂机；当IOB0为高电平时，摘机。

1．3．3 振铃检测电路

振铃检测电路，当有铃流信号来时，IOB2输出方波，对此方波计数，就可判断振铃的个数。

1．4 显示电路

显示电路主要是用4位LED数码管将单片机检测到的空气中的浓度实时的显示出来，非常便利。