【摘 要】利用单片机技术结合模数转换芯片构建气体浓度监控装置。以单片机STC89C52为主控单元，采用MQ-2气体传感器作为可燃气体的信号采集工具，将采集到的模拟电压量经过ADC0804转换为数字信号，送至单片机进行数据处理，再将浓度值显示在LCD1602。如果可燃气体浓度超过设置的临界点时，单片机将启动声光报警电路，同时启动风扇，直到气体浓度降至临界点以下，关闭风扇和声光报警电路。
【关键词】MQ-2传感器 STC89C52芯片 ADC0804芯片 LCD1602 风扇
有害气体指对人体健康或生命安全构成威胁的气体，如能使人中毒的有毒气体、无毒但会使人窒息的气体、可引发爆炸或易燃的气体以及破坏生态、危及人类生存的气体[1]。本文装置用MQ-2气敏传感器采集气体浓度，经过A/D模数转换，送至单片机进行数据处理，并显示及控制外围设备（如排气扇等）。该装置主要由STC89C52单片机、MQ-2气体传感器、ADC0804芯片、电风扇、LCD1602液晶、LED和蜂鸣器等组成，能用液晶显示被检测气体的浓度值和所预设的气体浓度上限值，以及超过设定浓度将产生声光报警。
一、设计原理及总体框图
以STC89C52单片机为核心，采用MQ-2气体浓度采集模块，将其输出信号，经ADC0804转换为数字信号，由单片机将采集到的数字信号进行处理，并送1602LCD显示，并判断气体浓度是否超过单片机所设定的报警上限，若超过，则驱动LED和蜂鸣器发出报警信号，并启动风扇转动，直到气体浓度降至临界点以下，风扇自动停止转动，LED熄灭，蜂鸣器停止发出报警信号。其总体结构框图如图1所示。
图1 总体结构框图
二、硬件电路设计
（一）气体浓度采集模块
MQ-2气体传感器对酒精、液化气、丙烷的灵敏度很高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也理想。这种传感器可用作检测多种可燃性气体，是一款适合多功能的低成本传感器[2]。
MQ-2气体传感器由微型Al203陶瓷管、SnO2 敏感层，测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供必要的工作条件。气敏元件有6只针状管脚，其中2个用来提供加热电流，4个用来信号取出。
（二）A/D模数转换模块
模数转换采用ADC0804，它是典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器，它采用CMOS工艺20引脚集成芯片，分辨率为8位，转换时间约为100μs，输入电压范围为0-5V。芯片内具有三态输出锁存器，可直接连接在数据总线上。芯片ADC0804的CS，RD，WR分别接单片机的P3.2，P3.1，P3.0，Vin接气体采集模块的输出口，DB0-DB7分别接P2.0-P2.7。
（三）声光报警模块
用发光二极管和蜂鸣器作为声光报警模块的元器件，该声光报警电路设计简单，易于实现，应用广泛。电阻R5接单片机的P3.6口，R7单片机的P3.7口，当P3.6为低电平时，LED亮，反之，LED灭。当P3.7为高电平时，蜂鸣器发出报警声音，反之，蜂鸣器处于停止工作状态。
（四）继电器驱动模块
采用继电器作为电风扇的驱动电路，还有光耦、二极管、三极管、电阻。其中光耦起到抗干扰和稳压作用。当气体浓度达到系统设定的临界值时，继电器开关导通，启东风扇转动。当气体浓度下降到安全值时，电风扇停止，R13接单片机的P3.3口。当P3.3为低电平时，继电器闭合，风扇转动，反之，风扇不转。
三、软件的设计
软件设计的主要工作是将MQ-2气体传感器模块采集到的数据信息进行A/D模数转换，然后送至单片机进行数据处理，再送至LCD1602进行气体浓度值显示，通过编写程序，判断被检测气体浓度值是否超过单片机系统设置的临界值，当高于临界值时，开启声光报警模块，同时启动风扇，直到气体浓度降至临界点以下，关闭风扇和声光报警电路。当低于临界值时，关闭声光报警模块，同时关闭风扇，从而实现单片机控制声光报警和排气扇等外设。
四、proteus仿真
开启电源，LCD1602第一行显示系统设定的临界值，第二行显示当前被检测气体的浓度值，当气体浓度低于系统设定的临界值时，可以看到LCD1602的显示数据，其他外围设备均停止工作。当气体浓度超过系统设定的临界值时，声光报警模块的LED会闪烁发出红光，蜂鸣器会发出报警声，并且启动排气扇。直到气体浓度值低于系统所设定的临界值，关闭声光报警系统，同时电风扇停止转动，仿真效果如图2所示。
图2 气体浓度高于设定浓度值的仿真图
五、结论
气体浓度监控系统采用STC89C52单片机、MQ-2气体传感器、AD0804设计，并相应制作出实物装置，调试成功，从制作出的装置可以看出，整个装置结构简单、方便、成本低，并能完全满足气体浓度检测需求，从而可以达到每个人都可以用，每个人都买得起目的，具有广泛、广普的应用价值。
参考文献：
[1] 高凌云，谌海云，林立凭.基于89C52的煤气泄露监测与报警系统设计[J].中国仪器仪表，2010，5 （11）：70-72.
[2] 张国胜，杜坚，杨志明.室内有害气体检测及处理方法研究[J].仪器仪表用户，2010， （3）：1-2.
[3] 林嘉.基于89S52的LCD1602程序设计[J].计算机工程应用技术，2012，5（9）：76-78.