摘要：本文基于ZigBee技術及組網方式，結合國內目前已有的傳感器技術，提出了用于溫濕度傳感器監測的無線傳感器網絡系統方案。系統由傳感器、處理器及監測平臺組成。傳感器采集網絡采集溫濕度變量信息，通過ZigBee技術并送到上位機軟件顯示，分析和存儲。本文所研究的可燃性氣體報警器包括：傳感器，氣體信號采集電路、調理電路、模數轉化電路、單片機系統電路、報警電路組成，首先利用傳感器對可燃氣體濃度信號進行監測并且轉變成電壓信號，選擇合適的放大電路，將電壓放大到A/D所要求的電壓，經過模數轉換，將檢測的電壓值送入單片機，在單片機內完成與設定的電壓信號進行比較，當氣體濃度超標時，驅動聲音和燈光報警。

1引言

隨著我國燃氣的變革及西氣東輸工程的進行，煤氣或天然氣已成為多數家庭的燃料。每年，因煤氣泄漏造成的煤氣中毒事故中，因使用熱水器不當或產品本身的質量問題，造成的煤氣中毒事故，全國均有不少事例。單片機在日用電子產品中的應用越來越廣泛，燃氣泄漏則是人們日長生活中需要測量和控制的一個重要問題，為了防止中毒事件再次發生，利用單片機系統進行有效的預防對策。所以提高新的燃氣報警產品有重要的實踐意義，怎樣防止煤氣中毒與爆炸已成為人們的迫切需要。本文正是基于此目的，提出來一種簡易家庭式可燃氣體檢測報警器的設計方案。

2系統總體設計思想

2.1系統總體設計結構框圖

本系統總體結構如圖1所示，它是以傳感器和單片機為核心的報警系統。

2.2系統模塊的工作原理介紹

該系統中傳感器與單片機相配合主要完成以下功能：

（1）他們共同配合完成氣體信號采集、顯示、閃爍報警功能。

（2）系統采用高性能的單片機，要求工作穩定、測量精度高、通用性強、功耗低，保證報警器的精確性及可靠性，成本低，有利于減少報警器的體積。

使用AT89C51單片機，選用催化式氣敏元件MQ-2傳感器作為敏感元件，通過A/D轉換器和聲光報警電路，設計可用于家用燃氣泄漏報警器，儀器的最基本組成部分包括：氣體傳感器、模數轉化電路、AT89C51單片機處理器與聲光報警電路。

傳感器將氣體濃度信號轉化為模擬的電信號。經過放大電路，將傳感器的輸出端微弱信號轉化為A/D轉化器能識別的電壓信號范圍，單片機對該數字信號進行數字處理，并對處理后的數據進行分析，通過與預設值的比較，由單片機實現不同的聲光報警功能。

3系統硬件部分介紹

3.1催化燃燒式氣體傳感器

可燃性氣體傳感器是傳感器中的一種，它是用來檢測特定氣體成分，并將檢測的信號轉換成電阻、電壓、電容等的器件。由于需要檢測的氣體種類可能很多，性質差異也可能較大，所以單一種類的氣體傳感器可能檢測不到所有的氣體成分，而是只能檢測其中某一類具有特定性質的氣體。本文采用的是催化燃燒式氣體傳感器，當氣體在催化層表面燃燒，使得鉑絲線圈溫度升高，線圈的電阻值上升，通過測量電阻值變化的大小就可以知道可燃氣體的濃度。

本文選用的是MQ-2氣體傳感器，其使用的氣敏是二氧化錫（SnO2），SnO2在清潔空氣中電導率較低的。當環境中的可燃氣體的濃度逐漸增加時，傳感器的電導率也伴隨著增大。電導率的變化經過簡單的電路轉換輸出的電壓與特定的氣體濃度對應。通過電信號的大小可以獲得待測氣體的相關信息，從而可以進行檢測、監控和報警。

3.2AT89C51單片機

AT89C51單片機的FLASH存儲器為4K且為高性能、低電壓CMOS8位CPU。AT89C51是一種帶2K字節閃存可編程又可擦除的ROM，能重復擦除1000次。該器件采用的是ATMEL高密度非易失存儲器的制造技術，且能與MCS-51輸出管腳和指令集兼容。在一個芯片中同時置入8位CPU和FLASH存儲器，使得AT89C51更加高效，AT89C51是它的一種精簡版本。AT89C51單片機因其靈活性高，且成本較低而成為嵌入式控制系統的首選方案。

其主要特性如下：

（1）4K字節FLASH，可編程；（2）與MCS-51兼容；（3）在0Hz-24MHz下全靜態工作；（4）1000次重寫/擦；（5）保留數據長達10年；（6）內部RAM為128×8位；（7）能鎖定三級程序存儲器；（8）32個可編程I/O口；（9）中斷源5個；（10）16位定時/計數器兩個；（11）具備時鐘電路和片內振蕩器；（12）閑置和掉電模式為低功耗；（13）1個可編程串行通道口。

AT89C51封裝結構為40條引腳雙列直插式，其引腳列如圖2所示。其中，有2條電源引腳，2條外接晶體，4條控制引腳，其它為I/O引腳。

3.3模數轉換ADC0804

ADC0804是8位8通道逐次逼近式A/D模擬/數字轉換器，是將輸入的模擬信號轉換成數字信號，信號輸入端可以是傳感器或轉換器的輸出，而ADC轉化的數字信號提供給微處理器應用更加廣泛。

ADC0804是用CMOS集成工藝制成的逐次比較型模數轉換芯片。輸入電壓范圍為0-5V，分辨率為8位，轉換時間100us。增加某些外部電路后，輸入模擬電壓可為5V，該芯片內有輸出數據鎖存器，當與微處理器連接時，轉換電路的輸出無需附加邏輯接口電路就可以直接連接在CPU數據總線上。

3.4LCD液晶屏

與單片機的人機交流界面中，輸出方式一般有以下幾種：發光管、LED數碼管、液晶顯示器。本系統采用的1602字符型LCD顯示模塊它是一種專門用于顯示字母、數字、符合等點陣式LCD，目前常用16*1、16*2、20*2和40*2行等的模塊。

在微機系統中應用LCD作為顯示器有以下幾個優點：

顯示質量高；數字式接口；體積小、重量輕；功耗低。

與其它顯示模塊相比，液晶顯示器的功耗較低，主要消耗在其內部的電極和驅動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。

4系統軟件設計

4.1主程序設計流程圖

主程序流程圖如圖3所示，系統先進行初始化，數據采集的功能：傳感器采集氣體濃度信號，信號經放大電路，經過A/D轉換成AT89C51單片機可識別的數字量。

在單片機內部實現將濃度值與預先設定好的報警值比較，判斷是否報警，分200ppm，1000ppm兩個濃度等級報警，完善報警功能，使用戶更加便利。

4.2軟件設計的子程序說明

該系統子程序核心部分包括：A/D轉換子程序與濃度轉換子程序。其程序語句分別如下。

A/D轉換子程序：

floatget_ADC0804()//計算ADC輸入電壓

5 系統總體設計電路圖及其說明

應設計要求，本設計通過AT89C51單片機實現，AT89C51單片機的主控電路包括：時鐘電路、復位電路。

傳感器在本設計中實現了把非電量的氣體濃度信號轉換成電壓信號，21世紀，電子技術更新換代非常快，隨著電子計算機技術的飛速發展，只能檢測，自動控制彰顯出了它的優勢，通常接觸的設備只能解決電信號，所以，需要將被測非電量的信號由傳感器轉換成電信號。本設計氣體濃度信號采集是首要任務，傳感器也就在自動控制擔任首要的角色，如果傳感器不能精確的對原始信號進行采集和轉換，所有的自動檢測和自動控制系統也就失去了它的意義，傳感器的發展關乎著現代科學技術發展的命脈，所以要慎重的選用傳感器。

當氣體濃度達到200ppm時，催化式氣體傳感器產生模擬電壓，ADC0808將傳感器產生的模擬信號，轉化成AT89C51單片機所能識別的數字量電壓量，由AT89C51單片機控制驅動聲光報警電路。

綜上所述，總電路圖如圖4所示。