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摘要：介紹了一種監控公交車內可燃氣體的預警系統。該系統基于無線通訊方式，以STC89C52單片機作為控制核心，硬件設計電路主要包括單片機最小系統，無線發射、接收電路，可燃氣體和溫濕度檢測電路等。經實驗驗證，該系統可以通過檢測范圍內天然氣的含量，實現對相關人員的提醒預警功能。
關鍵詞：無線通訊；STC89C52；可燃氣體檢測
引言
時下，采用混合動力的公交車十分流行，其相對低耗環保的特性使得各大車廠都進行了對應改造。然而用于存儲天然氣的氣罐在漏氣時，不易被相關人員察覺，如發生泄漏時駕駛，將造成十分嚴重的事故。所以在車輛改造時必須為公交車配備危險物體檢測裝置[1]。通用的大型檢測設備因成本、管理和檢測耗時等原因不適合在公交車上安裝[2]。本設計利用無線通訊的方式設計了一種以STC89C52單片機為控制核心的公交車內可燃氣體監測預警系統，在保證檢測與報警功能的前提下，實現了小體積化和低成本化。
1系統總體結構
該系統由可燃氣體濃度檢測設備和監控報警設備兩部分組成，兩部分通過無線的方式進行通信。系統采用模塊化的設計方案，檢測設備包括STC89C52主單片機模塊、可燃氣體濃度和溫濕度信號采集模塊、A/D轉換模塊、nRF24l01無線收發模塊、閥門控制模塊等；監控報警設備包括STC89C52從單片機模塊、nRF24l01無線收發模塊、聲光報警模塊、顯示模塊、按鍵模塊等。
2系統電路設計
STC89C52主/從單片機模塊：本設計采用STC89C52單片機作為主控芯片，用來控制整個公交車內可燃氣體監測預警系統的工作時序和無線通訊。單片機最小系統由單片機、晶振電路和復位電路共同組成。nRF24l01無線收發模塊：主機檢測到相應的標志線后發送數據，從機接收到數據后應答并反饋回自身信息，并執行相應程序。電路如下頁圖1所示，CE引腳功能為使能發射或接受，由主機的微處理器P0.0控制；CSN、SCK、MOSI、MISO為SPI引腳端，主機的微處理器可通過P0.5、P0.1、P0.4、P0.2來配置nRF24l01；IRQ為中斷標志位，由主機的微處理器P0.3控制，每發送或接收一幀數據后都會觸發單片機外部中斷。無線接收電路與從機連接的電路和無線發射電路與主機連接電路相同，區別就是連接的引腳不同?？扇細怏w濃度、A/D轉換模塊：由于STC89C52單片機中不自帶A/D轉換模塊，所以需要使用ADC0832模塊作為A/D轉換。通過ADC0832模塊和MQ-4模塊的結合完成可燃氣體檢測電路的設計。溫濕度信號采集模塊：DHT22采用3針腳：引腳1接+5V電壓；引腳2通信端接單片機的P1.4口，實現單片機和傳感器的數據交互，當測量距離小于20m時，可以外接5.1kΩ上拉電阻實現驅動，否則，應適當減小上拉電阻；引腳3接GND端。顯示模塊：單片機的P0端口與1602的DB0-DB7口相接，P2.5、P2.6、P2.7端口分別接1602控制端的E、R/W、RS端口，用來顯示可燃氣體濃度和溫濕度的實時數據。聲光報警模塊：采用PNP型三極管對蜂鳴器進行驅動。按鍵模塊：由2個普通按鍵組成，用戶可根據固定的按鍵來設置。P2.0口連接的按鍵S1：切換溫濕度顯示，P2.1口連接的按鍵S2：解除聲光報警。閥門控制模塊：將電磁繼電器與單片機的P0.7口相連，單片機控制引腳輸出高電平，則繼電器控制電磁閥打開氣罐閥門；輸出低電平，則繼電器控制電磁閥關閉氣罐閥門。
3系統工作過程
當主單片機上電壓時，系統開始初始化nRF24l01無線發送模塊（地址、信道、通信頻率等），通過DHT22溫濕度傳感器讀取當前溫濕度，選通ADC0832的測量通道0，讀取天然氣濃度傳感器輸出的0~5V的模擬量電壓值，經過溫濕度補償，計算出當前天然氣濃度，并通過無線發送模塊將數據打包發送。將該濃度與設定濃度進行比較，若小于后者，則單片機控制引腳輸出高電平給繼電器，控制電磁閥打開氣罐閥門；若大于后者，單片機控制引腳輸出低電平給繼電器，控制電磁閥關閉氣罐閥門，并通過nRF24l01無線發送模塊發送報警信號給從單片機。從單片機上電后通過nRF24l01無線接收模塊將數據接收，通過LCD顯示模塊顯示出實時的天然氣濃度和溫濕度，并判斷是否產生報警信號。若沒有產生報警信號，則繼續接收數據；若產生報警信號，則啟動聲光報警模塊，蜂鳴器響起，報警燈亮起。
4實驗測試結果
使用比例調節式混合器，將天然氣濃度按照不同的配置從0.1%～1.0%分成若干等份，作為被測樣本。在溫度25℃、濕度50%RH環境下，用本設計的可燃氣體檢測裝置測試各樣本，報警限定值設為60×10-6。經試驗，當天然氣濃度（質量分數）超過60×10-6時，能夠啟動聲光報警。經過實驗證明，在標準溫濕度下，該系統的相對誤差為±2%，在設計的精度要求范圍內，具有很高的實用性。
5結語
本設計采用了STC89C52單片機作為系統的主控制芯片，對公交車內可燃氣體監測預警系統的電路進行了設計，本文所設計的系統具有性能穩定、體積小和高精度等特點，并且安裝簡單方便，可維護性好，具有無線傳輸的功能，可以很好地實現對車內可燃氣體的監測。
參考文獻
[1]李華洋.基于微控制器的客車火災報警系統[J].現代電子技術，2015（6）：74-77．
[2]高從.基于單片機的多氣體檢測系統設計[J].中國科技信息，2008（18）：136-137.
[3]慧卿.郭志友.傳感器的誤差補償技術[J].傳感技術學報，2004（1）：90-92.
作者:楊秋賢 單位:吉林化工學院
