基于單片機(jī)控制的車內(nèi)有毒氣體檢測報警器

魯夢超　張劉安　吳貴芳

摘 要：介紹了基于AT89S52單片機(jī)的智能車內(nèi)有毒氣體檢測報警器裝置的設(shè)計方案，闡述了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)、硬件組成和軟件設(shè)計，從而實現(xiàn)對車內(nèi)空氣除氧氣外，以一氧化碳、二氧化碳為主要成分和其他有毒氣體的濃度含量進(jìn)行實時檢測，并通過報警器發(fā)出報警聲以提醒車內(nèi)人員及時開窗通風(fēng)，防止中毒。該系統(tǒng)具有體積小、成本低、工作安全可靠等特點，適用于小型汽車，中大型客車。

關(guān)鍵詞：單片機(jī);有毒氣體;檢測;報警裝置

1 概述

汽車是一個相對封閉的空間，人們長期使用過程中，汽車內(nèi)部由于不經(jīng)常通風(fēng)、空調(diào)老化、車體裝修等原因都會造成車內(nèi)空氣質(zhì)量變差的情況，空氣中主要有害物質(zhì)包括甲醛、二甲苯、苯等，長時間接觸有致癌風(fēng)險。如果車子停駛時，仍開放空調(diào)，發(fā)動機(jī)排出的一氧化碳便可能逐漸聚集在車內(nèi)，加之車內(nèi)人員呼吸耗氧而排出二氧化碳，會導(dǎo)致車內(nèi)缺氧，嚴(yán)重時會中毒乃至喪失生命。當(dāng)汽車內(nèi)長時間處于關(guān)窗狀態(tài)，車內(nèi)氧氣濃度會下降，二氧化碳濃度會上升，當(dāng)二氧化碳濃度值達(dá)到一定值后，車內(nèi)人員會出現(xiàn)頭暈、頭痛等不適感，這將降低駕駛員的反應(yīng)能力，加大汽車事故的發(fā)生。本文將設(shè)計汽車有毒氣體檢測報警裝置加以解決。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

該系統(tǒng)設(shè)計采用模塊化設(shè)計思想，以AT89S52單片機(jī)為控制器，分別與一氧化碳傳感器，二氧化碳傳感器和其他有毒氣體傳感器相連接，還與指示燈，蜂鳴器，顯示屏，電源等部分相連接。通過各個氣體傳感器對車內(nèi)有毒氣體含量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，把這些采集到的模擬信號通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再送給AT89S52單片機(jī)，將采集的數(shù)據(jù)由單片機(jī)送到顯示屏進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，即車內(nèi)有毒氣體濃度的數(shù)值。同時將采集的數(shù)據(jù)與報警器內(nèi)部設(shè)定的危險性進(jìn)行比較，超過報警值后，AT89S52單片機(jī)使蜂鳴器工作，產(chǎn)生報警聲，以提醒人們注意車內(nèi)有毒氣體含量，及時開窗通風(fēng)，防止危險發(fā)生。系統(tǒng)模塊框圖如下圖所示。

3 硬件電路模塊設(shè)計

（1）電源電路。采用直流電源為整個檢測報警裝置供電。直流電的獲?。簝晒?jié)普通1.5V的電池串聯(lián)通過Boost升壓模塊上升為5V左右直流電，然后將5V左右的直流電壓接入裝置的各個模塊中。

（2）單片機(jī)控制模塊。該系統(tǒng)采用單片機(jī)構(gòu)成具有判斷、運(yùn)算、控制和顯示能力的裝置，它處理的信息量復(fù)雜程度不是太大，所以系統(tǒng)的控制核心部分使用AT89S52單片機(jī)即很好的實現(xiàn)檢測和報警系統(tǒng)的控制和管理要求。

（3）氣體傳感器模塊。氣敏傳感器的測量原理是：通過被測氣體與氣敏原件發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)及物理反應(yīng)等機(jī)理，把被測氣體種類的變化轉(zhuǎn)化為氣敏原件輸出電壓或電流變化。本系統(tǒng)中使用的氣體傳感器有一氧化碳傳感器、二氧化碳傳感器、有機(jī)蒸汽傳感器，其中有機(jī)蒸汽傳感器對甲苯、丙酮、乙醇、甲醛的靈敏度高，用于檢測一氧化碳和二氧化碳之外的有毒氣體。在對系統(tǒng)的需求進(jìn)行分析后，經(jīng)過調(diào)研和計算，對系統(tǒng)的傳感器進(jìn)行選型，分別是：MQ-7一氧化碳?xì)怏w傳感器、MG-811二氧化碳?xì)怏w傳感器和MQ138有機(jī)蒸汽傳感器。

（4）液晶顯示屏模塊。該系統(tǒng)采用TC61602A液晶顯示模塊，是一種16字×2行的字符型液晶顯示模塊，其顯示面積為64.5×13.8mm2。當(dāng)氣體傳感器采集到數(shù)據(jù)為電信號，經(jīng)電路輸出給單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換接口，經(jīng)過計算和處理后氣體濃度以ppm為單位顯示在液晶顯示模塊上。

（5）報警模塊。裝置啟動報警模塊后，蜂鳴器會發(fā)出間斷聲響，以及LED燈光會發(fā)出閃爍信號提醒車內(nèi)人員車廂有毒氣體濃度到了危險值，請及時開窗通風(fēng)。通過多種氣體傳感器將車內(nèi)各種氣體的濃度值轉(zhuǎn)換為模擬電量輸出，對于輸出的模擬電量進(jìn)行放大處理，然后將多路傳感器輸出的模擬電信號接入ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片模擬量輸入引腳中，ADC0809的EOC引腳與AT89S52單片機(jī)外部中斷引腳相連，當(dāng)ADC0809轉(zhuǎn)換結(jié)束后EOC變?yōu)楦唠娖诫S即向AT89S52提出中斷，AT89S52單片機(jī)獲得ADC0809轉(zhuǎn)換的數(shù)字量。單片機(jī)通過對于車內(nèi)氣體濃度進(jìn)行分析和處理，最后通過單片機(jī)驅(qū)動與之相聯(lián)的外圍電路做出相應(yīng)動作。

4 程序設(shè)計框架

單片機(jī)中寫入的程序以中斷服務(wù)子程序作為單片機(jī)氣體濃度數(shù)值獲取、分析和處理的程序，主程序只完成相關(guān)的初始化環(huán)節(jié)和等待響應(yīng)環(huán)節(jié)。電源啟動后，單片機(jī)首先進(jìn)行相關(guān)初始化以及中斷服務(wù)子程序的填裝。初始化結(jié)束后單片機(jī)進(jìn)入等待狀態(tài)，ADC0809轉(zhuǎn)換結(jié)束后EOC引腳變?yōu)楦唠娖较騿纹瑱C(jī)提出中斷，單片機(jī)進(jìn)入中斷服務(wù)子程序中，在中斷服務(wù)子程序完成對于氣體濃度的數(shù)值的獲取、分析和處理氣體。根據(jù)處理結(jié)果驅(qū)動單片機(jī)的外圍電路做出相應(yīng)動作。如果車內(nèi)氣體濃度超過濃度預(yù)設(shè)值，則啟動指示燈和蜂鳴器發(fā)出報警，超過一定時長，報警結(jié)束，氣體傳感器再次采集氣體濃度，以此循環(huán)。

5 結(jié)論

本文設(shè)計的氣體檢測報警裝置可實現(xiàn)一氧化碳、二氧化碳和甲醛等氣體的濃度測量，并實時顯示和報警。以AT89S52單片機(jī)作為核心控制器，設(shè)計出車內(nèi)有毒氣體檢測報警器，該系統(tǒng)具有成本低，實用性強(qiáng)，檢測靈敏，工作安全穩(wěn)定等優(yōu)點，具有良好的應(yīng)用價值。

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