基于物联网的家居燃气报警系统开发

罗贞耀，高

琪，余天浒，李文滔，杨

靖

（贵州大学电气工程学院，贵州，贵阳550025）

摘要：在燃气带来生活便利的同时，也给我们的家居生活带来了不少的安全隐患。针对此种安全隐患设计了一种基于物

联网的家居燃气报警系统。该系统采用STM32F103为主控制器，利用气体传感器采集室内CH4、CO2等气体的浓度值，经ADC转换模块转换为数字信号送入STM32F103，经过STM32F103进行处理后，在LCD上显示气体浓度，如果被监测的有害气体浓度超过安全值，则启动排气扇，进行声光报警，系统可将报警信息通过GSM网络发送给家庭成员。经测试，该系统能有效地进行家居燃气的检测和报警。关键词：STM32F103；GSM；传感器；物联网；燃气预警中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1673-1131（2019）02-0061-03

0引言

随着近年来城市现代化建设步伐的加快，家居燃气已经得到了极大的普及。科技的发展，给我们带来了便利，也带来了严重的安全隐患。众所周知，因燃气泄露所带来的各种安全事故屡见不鲜。燃气中的烷类化合物以及CO、CO2的成分泄漏会提高爆炸的概率以及人体中毒的风险。而可燃气体并非人体可以直接准确感知的，为了避免此类安全隐患的发生，本系统设计了一种基于物联网技术的家居燃气监测系统，可应用至家居生活中，为我们的安全问题提供保障。

1.2GSM通信技术

GSM即全球移动通信系统GlobalSystemforMobileCom-munication，是当前应用最广泛的移动电话标准。GSM属于第

二代（2G）蜂窝移动通信技术，其拥有网络容量大、手机号码资源丰富、稳定性强不易受干扰、信息灵敏、耗电量低等特点，该系统的设定仅需实现将报警短信发送至我们的主卡中的功能，因而我们选用GSM技术来实现我们的系统中本地节点与远程控制中心的通信。

2系统结构

该系统旨在检测家中燃气及CO2的浓度，以此判断是否有燃气泄漏，并做出相应的动作，以达到预警效果。借助物联网技术、基于嵌入式技术、传感器技术、数据融合技术、无线通信技术等，整套装置的信息来自于系统中的各个传感器，经过主控制器对数据进行处理，若燃气浓度达到报警设定值时，可进行声光报警，启动外部联动设备——排气扇，发送报警信息等动作。系统结构图如图1。

1关键技术介绍

1.1物联网技术

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。而本次在所开发的系统中所应用到的物联网技术是指通过射频识别（RFID）、红外传感器、全球定位系统（GPS、北斗）、激光扫描器等各种信息传感器，按约定的协议，将任意物品通过与互联网相连接的方法进行信息交换和通讯，得以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术。通过物联网技术，可以使各类事物互联互通起来，更方便更准确地对各类传感器的数据进行处理整合并得到我们需要的结果并将其及时的送回需要动作的物体上，从而实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。但是其大部分时间处于关闭的状态，只有在拥有信关站的覆盖区域内才开启承载大业务量的透明转发器工作，能够有效地降低系统的成本。因此这种组网方式对于建设我国的宽带LEO星座卫星通信系统来说是很好的选择。

2.1主控制器模块

该系统采用STM32F103微处理器作为主控制器，它是以ARMCortex-M3为内核的32位微处理器，其工作电压为直流5V，工作频率为72MHz，内置高速存储器、RC振荡器、复位电路，有丰富的I/O端口。该控制器具有高性能、低功耗、低成本等特点。

参考文献：[1][2][3][4][5][6]

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萧鑫,尚湘安,乔璐,张鹏,习清伶.星间链路关键性能指标评估的方案设计[J].空间电子技术,2018,15(3):81-86.

4结语

本文针对宽带LEO星座卫星通信系统在境内建站全球通信的条件下组网方法进行研究，首先对“天星地网”应用于我国宽带LEO星座卫星通信系统的组网方式进行研究，计算了这种组网方式下的系统容量，分析了其可行性；接着对“天基组网”应用于我国宽带LEO星座卫星通信系统的组网方式进行研究，计算了这种组网方式下的系统容量，分析了其可行性；在前面两种组网方式都不能满足我国的宽带LEO星座卫星通信系统要求的情况下，提出了采用卫星透明转发和处理转发相结合、信关站交换与星上交换、星地链路与星间链路、固定信关站与机动信关站相结合的组网方式，并计算了这种组网方式下的系统容量，分析了其可行性，证明这种组网方式应用于我国的宽带LEO星座卫星通信系统最为合适。

基金项目：国家自然科学基金资助项目（No.91738201）作者简介：徐军（1993-），男，硕士，研究方向：卫星通信。

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信息通信图1系统结构图

图2主控制器模块

2.2传感器模块

该系统使用的传感器有CH4传感器、CO2传感器，它们分别能实时地检测周围空气中的CH4和CO2的浓度。CH4传感器选用MQ-2，工作电压为直流5V，测量范围CH4：5000ppm~20000ppm，功耗150mA模拟量输出0~5V电压，浓度越高输出电压越高。CO2传感器选用MG811，工作电压为直流6V，测量范围350~10000ppm，模拟量输出0~2V，对二氧化碳具有很高灵敏度和良好的稳定性、再现性，受温湿度的变化影响较小可直接连接主控制器。

图3传感器模块电路

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罗贞耀等：基于物联网的家居燃气报警系统开发

2.3电源模块

采用干电池作为供电来源，本系统的大多数模块所需电

压在3.3~6V之间，经核算，得到系统的功耗大约为0.7w，故用容量为2000mAh的4节干电池串联。

2.4通信模块

通信模块的任务就是将报警信息发送至用户的手机上，文中选用SIM800A，SIM800A模块采用高性能工业级GSM/GPRS模块，工作电压为直流3.4~4.4V，工作频段：GSM900/1800MHz。其性能稳定，外观小巧，性价比高。

图4通信模块电路

2.5排气扇模块

一般家庭厨房面积为8m2左右，楼层高度为2.8m，算出

厨房的空间为22.4m3

，选择功率为100W，排风量为2800m3/h的排气扇，能够在30s内将厨房的气体排出，有效降低燃气浓度。

图5排气扇模块电路

2.6显示模块

信息通信

显示模块采用的是液晶（LCD）显示屏，型号为1602LCD，它能够同时显示16列2行即32个字符，满足本系统的显示需求，同时，其低功耗，体积小，超薄轻巧的特点也很适合本系统。

图6显示电路模块

硬件结构图如下：

图7硬件结构

3系统软件设计

由于系统是连续运行，因此主程序是一个无限循环、顺序

执行的程序。数据采集的过程可以在主程序中实现，采用程序查询的方法。一般为了保证数据的实时性，及时刷新采集的信息，往往采用中断的方式。

主流程图如下图8所示，在主流程中完成系统初始化、数据采集、数据的处理、LED显示、超限检测和报警处理、串口的发送数据等工作。系统中利用定时器中断，在设定的时间内，在中断处理程序中，对数据进行采集，并存入指定工作单元。

程序流程图如下：

图8系统程序流程图

罗贞耀等：基于物联网的家居燃气报警系统开发

4系统实物

图9主控制器实物图

5结语

本文介绍了一种基于物联网的家居燃气预警系统。该系统能够测量周围空气中燃气的浓度，当燃气浓度值超过预先设定的报警浓度数值后燃气报警器便会自动进行声光报警，并发送警告短信给用户，同时排风扇将及时启动，降低室内的燃气浓度，以防止中毒、爆炸等危险发生。该系统对于家居安全监测具有较高的实用价值。

参考文献：

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准化管理委员会,2008.

基金项目：大学生创新创业项目，贵大（省）创字2018（012）；自动化专业卓越工程师计划（ZYS2015004）；贵州省工业攻关项目[2019]2152）；物联网技术案例库（KCALK201708）。通讯作者：杨靖。

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