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摘要摘要：为了实时监测一氧化碳浓度，防止事故发生，开发了一种一氧化碳报警器以及一氧化碳浓度超标智能处理系统。该系统以MSP430F149单片机作为中央控制单元，由一氧化碳浓度传感器、GSM短报文发送、AD转换电路、声光报警以及继电器智能控制等模块组成，实时监测环境中一氧化碳的浓度值，系统迅速声光报警以短报文的形式及时将信息发送至手机；利用继电器控制电机实现自动开窗，从而减少事故发生。
关键词关键词：一氧化碳传感器；GSM；实时监测；监控软件
DOIDOI：10.11907/rjdk.162598
中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号文章编号：16727800（2017）001008603
引言
近年来，世界各地一氧化碳中毒事件频发，尤以在汽车内和冬季取暖室内居多。造成汽车内一氧化碳中毒的原因主要有两方面：一是当汽车发动机在怠速空转时，因燃料不充分燃烧，产生大量含一氧化碳的废气；二是在运行中，油门过大，转速大于3 000r/min时，导致油多空气少，也会出现含一氧化碳极浓的废气[1]。造成室内一氧化碳中毒主要是炭的不充分燃烧以及室内通风不良。一氧化碳对人体是剧毒气体，其极易与血红蛋白结合（它与血红蛋白的亲合力比氧与血红蛋白的亲合力大200倍以上），形成碳氧血红蛋白，从而使血红蛋白丧失运输氧气的作用和能力，导致红细胞丧失吸氧能力，使人体多个器官严重缺氧，造成组织窒息[2]。因此，发明一款超低功耗、高可靠性、低成本的一氧化碳浓度智能报警处理系统，其意义是重大的。
一氧化碳监测仪是一种检测气体泄漏浓度的工具，它可将气体传感器采集的非电信号转换成电信号，再通过对电信号控制相应的模块实现气体探测的各项具体功能。气体传感器是一氧化碳监测仪的核心组成，随着计算机和气体传感器的不断发展，气体监测正逐步向智能化、集成化方面发展[3]。目前根据传感器的类型划分，可分为红外式一氧化碳报警器、催化燃烧式一氧化碳报警器、电化学式一氧化碳报警器以及半导体式一氧化碳报警器四大类[4]。目前市面上只有声光报警的一氧化碳传感器，还没有短信报警以及智能处理的一氧化碳传感器。
1监测系统设计
系统设计如图1所示，一氧化碳浓度安全监测仪利用了目前非常成熟的单片机控制技术，由单片机、一氧化碳传感器、A/D转换模块、显示模块、声光报警模块、GSM无线通信模块、智能处理模块和手机终端组成。在本设计中，利用MSP430单片机作为一氧化碳智能报警处理系统的中央控制单元，其外围利用串口分别连接了MQ-7型一氧化碳气敏传感器、GSM无线通信模块。此外，监控仪中还设计了对危险状态进行报警的声光报警模块。
MSP430系列单片机是美国德州仪器1996年开始推向市场的一种16位超低MSP430单片机。它将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，具有处理能力强、运算速度快、超低功耗等特点，可以说MSP430单片机是一款性价比极高的芯片。根据功能要求，本系统采用MSP430F149型单片机。
1.2一氧化碳传感器
根据美国UL2034标准要求，一氧化碳报警器标准的报警时间如下：浓度70ppm时，应在60～189分钟内发出警报；浓度在150ppm时，应在10～50分钟内发出警报；浓度在400ppm时，应在4～15分钟内发出警报；浓度700ppm时，应在2～6分钟内发出警报。因此，本系统当一氧化碳浓度超过50ppm时，将进行短信报警和声光报警。一氧化碳传感器将一氧化碳浓度转化为输出电压值，如图2所示。输出的电压VS通过AD采样电路输出给单片机。AD转换的主要作用是将模拟信号变成数字信号，本文AD采样电路的核心芯片选用ADC0809。
GSM是全球移动通信系统，在本系统中提供短信发送功能。TC35i是德国SIEMENS公司提供的一款双频高度集成的GSM模块，电源范围为5～12V ，可传输语音和数据信号，通过AT命令可双向传输指令和数据[5]。为了保证GSM模块通信可靠稳定，首先将GSM模块和PC机相连，利用串口调试助手软件平台进行通信信号设定与调试，从而验证GSM模块的功能。当发送握手信号AT时，通过串口调试助手在发送窗口中给出AT值，设定手动发送，接收窗口收到信息为：OK。发送AT+CMGF=1时，返回OK，说明GSM模块工作正常，可以进行短报文发送实验。另外，通过串口调试助手检测采集的数据，并验证是否正确，如图3所示。
智能处理模块是针对一氧化碳浓度超过阈值的情况，中央控制单元控制继电器实现电机自动开窗功能。继电器控制电路原理如图5所示[6]。继电器选择松乐继电器SRS-05VDC-SL，使用常开触点连接1、3引脚联入电路控制电机，当一氧化碳浓度超过阈值，单片机I/O输出低电平，继电器线圈吸合，常开触点连接1、3引脚开关闭合，电机运转，实现自动开窗。
2监测系统软件设计
2.1系统控制软件工作流程
系统控制软件是智能报警处理系统设计的重要组成部分，软件控制流程如图6所示。系统启动后，进行初始化并自检，设定程序参量；控制软件通过微处理器单元给定指令进行CO浓度检测，检测到的数据经过A/D转换后传送给单片机，单片机将浓度通过12864液晶显示并判断CO浓度是否超标，CO浓度未超标，系统重新检测，否则就发送GSM短信，同时声光报警。
监控程序软件用C语言描述，完成系统的安初始化工作，包括看门狗、时钟序列、端口等，并启动监控。主控模块核心代码如下：
3结语
本项目开发了一款一氧化碳浓度监测智能处理系统，可对一氧化碳环境中的人员安全进行监控。该系统可以安装于汽车上、家庭中，可实时监控环境中一氧化碳的浓度是否超标，当发生超标时，本系统迅速声光报警并短信报警，通知事主并发送地理位置信息。同时本系统利用单片机控制电机，实现自动开窗，从而减少事故的发生，提高人员安全性。该智能处理系统成本低、实用，应用前景良好。
参考文献：
[1]EILEENM MCDONALD，ANDREA，WENDY，et al.Residential carbon monoxide（CO） poisoning risks：correlates of observed CO alarm use in urban households[J].Journal of environmental health，2013，76（3）：2632 .
[2]劉奎学，陈丽华，吕清华.无线有毒气体浓度采集系统[J].仪器仪表学报，2006，27（z2）：13021304.
[3]赵燕.传感器原理及应用[M].北京：北京大学出版社，2010.
[4]牛海军，樊瑜波，杨松岩.基于ARM和DSP的超声膀胱容积检测与预警系统的设计[J].仪器仪表学报，2011，32（8）：18581863.
[5]江杰，宋宏龙.基于GSM短信的烟雾传感报警系统[J].测控技术，2014，33（1）：13.
[6]段现星，王晓侃.基于单片机控制的车载酒精浓度检测仪设计[J].测控技术，2013，32（8）：13.
责任编辑（责任编辑：孙娟）
