华北理工大学 063210
摘要：CO是工农业生产人民生活的重要能源，同时它也是一个很危险的有毒气体，在其产生、存储、转运及使用环节，都可能由于CO泄露造成中毒事件、火灾或者爆炸事故的发生，因此对其进行准确的实时检测，对保证工农业生产和人民的生命安全有重要的意义。本文主要是对无线CO检测报警装置的各组成部分进行了分析说明，并设计了相应部分的控制电路、功能实现逻辑以及程序编写。完成的无线传输报警装置具有精确度适中、性能稳定、灵敏度高、使用范围广泛的特点，具有良好的使用价值。
关键词：CO气体；STC89C52单片机；MQ-7气体传感器；无线传输
一、总体设计方案
1.1系统设计要求
1.1.1报警装置的系统设计
本课题按照使用现场的检测指标要求拟设计了一种基于51单片机的无线CO检测报警器。以单片机为核心，选用合适的电化学传感器、模数转换器和无线模块，显示系统和报警器等来搭建电路，组成检测装置，实现CO的实时在线检测，使装置具备对异常情况的实时检测及预警能力，最终使报警器达到工业现场应用要求。
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图1.1 无线CO检测报警器系统设计
1.1.2 报警装置的系统介绍
在本设计中，拟通过MQ-7 CO气体传感器检测气体浓度、利用单片机处理浓度数据，利用显示装置、报警装置等实现对CO气体的检测与报警功能。为了实现上述功能，系统应该包含MQ-7一氧化碳传感器、ADC0809模数转换芯片、单片机、输入键盘、声光报警单元、LCD1602液晶显示和无线传输控制单元。本系统设计预期实现的功能包括：
●手动设置或系统预设CO气体报警阈值；
●显示CO气体报警阈值；
●显示CO气体当前浓度值；
●指示当前CO气体浓度状态（亮红灯或亮绿灯）；
●CO气体浓度报警后换气处理；
●CO气体浓度报警信息远传至预设用户端。
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图1.2 无线CO检测报警器系统框图
1.2 系统技术要求
在了解本设计的主要功能和基本工作原理后，下一步应该确定该设计的技术要求。本设计采用的是89C51核心的单片机，可以满足多数使用环境和工程的需求。本设计需要提高的优势在能耗低、微型化、可靠性高和成本低廉等技术指标上。具体指标和参数如下：
●体积小：CO检测报警器的体积尽可能小，适用范围才会更广泛。
●能耗低：系统采用5V直流供电。
●可靠性高：适应生活中常见恶略环境。
●具体技术指标如下：
●应用范围：煤炭化工及矿冶生产和人们各类生活领域中的CO检测；
●检测对象：CO气体；
●检测范围：0~1000ppm；
●检测精度：CO浓度低于20ppm；
●报警浓度：>=100ppm；
●响应时间：<=30ms；
●电源电压（DC）：+5V；
●工作温度范围：-20℃~+70℃；
●工作湿度范围：10~95%RH。
1.3系统构成
根据系统设计功能的要求，确定系统由主控制器、CO气体检测模块、无线传输模块、显示电路和报警电路5个部分组成，分别是STC89C52单片机；ADC0809模数转换器和MQ-7气体传感器；SIM900A无线传输模块；LCD1602液晶显示；LED灯、蜂鸣器和排气装置。
二、主程序流程图
作为程序的主体，单芯微型计算机主要用于完成整个单芯片微型计算机的软件功能，主要为主程序提供辅助程序和中断服务。程序初始化后，MQ-7气体传感器需要三分钟左右的预热时间才能正常工作；接着是其自检是否出现故障，如果出现故障则提示用户排除故障，如果没有故障则进行按键扫描，设置报警阈值；然后报警装置才开始正常工作。MQ-7型气体传感器测得的CO浓度对应的电压信号输入值ADC0809转换为数字量；进入单片机处理当前浓度数字量与程序预设数字量，当CO气体浓度在正常范围内，LCD1602显示浓度数值、绿灯常亮，当CO气体浓度超过阈值，立即进入报警程序。本课题设计主程序流程图如下图所示。
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图2.1 系统主程序流程图
三、系统仿真测试
在进行CO气体检测报警装置系统测试中，5V直流电源应准备好，进而检查电路连接是否有漏电、亏电等现象，如果电路正常则没有此类现象。根据本设计的功能分析，在电路正常工作是，会有绿灯常亮、液晶显示当前CO气体浓度值。当检测到当前CO气体浓度超过预设阈值时，CO气体检测报警装置启动，红色报警指示灯闪亮、蜂鸣器报警、排风扇工作以及通过无线传输模块向用户端发送报警信息。
四、总结
本设计在对MQ-7CO气体传感器和报警技术进行了最基本的研究的基础上，首先研究了该装置的技术要求和总体设计方案，接着对报警装置的硬件进行了选择并对其功能进行了相应的介绍，最后设计出各功能模块的电路以及工作程序。
本设计中CO气体检测报警装置功能实用简单。其优势在于成本低，适用范围广，并且能在多种混合气体中检测CO气体浓度，实现声光报警及报警信号远传功能；无需专业人士操作，只需要放在需要的地方，插电即可连续使用，简洁方便；并且在很大程度上预防CO气体中毒、爆炸等事故。
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作者简介：
张敬超，男，2001.05.06，汉，河北省唐山市，本科，华北理工大学，063210，电气工程及其自动化（中德）。
王宇晗，女，2001.12.29，汉，河北省石家庄市，本科，华北理工大学，063210，自动化。
师松涛，男，2001.10.31，汉，河北省衡水市，本科，华北理工大学，063210，自动化。
王宁，男，1999.12.12，汉，河南省驻马店市，本科，华北理工大学，063210，自动化。