基于GSM的家用煤气智能监控系统剖析.docx

1、基于GSM的家用煤气智能监控系统剖析探索与观察边越稀疏散热效果越好,因为再增加中间的肋片密集度的时候,两边的肋片数目相对减少,也会对散热产生影响。(5通过以上综合分析,在散热器中增加横向导热肋片是可行的,有利于散热。实验仿真表明:对于同样翅片数目的时候,中间密两边疏可以有效降低芯片结温。根据这一实验结果,对方案进行优化,从以下两个方面入手:(1通过增加中心区域的肋片的厚度,来提高温度的竖直传导能力。(2通过增加横向的传导翅片,设定相关的尺寸,来有效提高温度的横向传导能力。7.散热器非等距肋片的优化设计在16次的实验当中,可以得知第13次试验的温度最低,即:散热器中间肋片的厚度是2mm,横向导热

2、片的厚度是1mm,横向导热片的宽度是35mm,选择散热器类型。结果如图6所示:结合工程的需求9、散热器的质量以及芯片间的热对流等因素,优化以后的散热效果如图7所示:8.结束语本文归纳总结了当前热门的肋片散热器的散热方案,并使用了ANSYS有限元分析法对处于不同参数下的散热器进行了仿真和热分析,发现肋片的疏密度以及自身大小对LED散热影响是相辅相成的,所以本文中采用了正交实验法来进行优化设计。我的目标是散热设计的散热器质量比现有的等距排列质量要小;设计的散热器是芯片最高温度降低幅度在10左右。(散热器中间肋片的厚度是2mm,横向导热片的厚度是1mm,横向导热片的宽度是5mm,选择散热器类型。参考

3、文献1J.Richard Culham and Yuri S.Muzychka,Optimizationof Plate Fin Heat Sinks Using Entropy GenerationMinimization,IEEE Transactions on Components andPackaging Technologies,Vol.24,No.2,June 2001.pp.159-165.2马泽涛,朱大庆,王晓军.一种高功率LED封装的热分析J.光电器件,2006,2.3刘红.集成式大功率LED路灯散热器的结构设计.4戴炜锋,王琚,李越生.大功率LED封装的温度场和热应力分布的

4、分析J.半导体光电,2008(29:324-328.5李玉强,王阳,生南南,等.大功率LED路灯新型散热器的开发J.2010,4:45-46.6张雪粉.大功率LED散热研究及散热器设计D.天津大学硕士学位论文,2007.7高一博.直肋自然对流散热器的优化研究J.华中科技大学硕士学位论文,2008.8张成敬,王青春.一种高功率白光LED灯具的封装热设计研究J.电子工艺技术,2007,28(5:257-260.9张楼英,李朝林.LED封装中的散热技术研究J.电子与电子封装,2009,9(5:1-4.作者简介:蔡雪梅(1970,女,重庆邮电大学副教授,硕士生导师,主要从事半导体材料及器件领域的研究和

5、开发,包括材料与器件设计、仿真、验证等。基于GSM的家用煤气智能监控系统衡阳师范学院 郑 哲 许岳兵 姜 洁 邹 敏【摘要】本文设计了一款基于GSM的家用煤气智能监控系统。介绍了家用煤气智能监控系统的总体设计方案和具体功能,详细阐述了硬件组成和软件实现,最后完成了硬件电路的设计和软件的调试。实践表明,该系统结构简单、性价比高,具有广泛的应用前景。【关键词】STC89C52单片机;MQ9CO传感器;TC35i1.引言近年来,随着经济的迅速发展和人们生活水平的提高,燃气行业发展迅猛,液化气、天然气、焦炉煤气等城市燃气作为清洁能源已在国家机关、餐饮业等得到广泛应用。然而煤气泄漏所引发的爆炸、中毒和火

6、灾事故却不断发生,为了减少并杜绝因煤气泄漏而发生的事故,国内外市场上出现了大量的煤气报警器,但传统报警器报警方式单一、没有安全的煤气泄露防范措施,且价格昂贵、测量精度低、稳定性差,不能对煤气进行定量和多区域的监测。本项目旨在设计一款灵敏度高、性能可靠、操作简单家用煤气智能监控系统,能通过声光、给业主拨打电话、发送短信等多种方式报警,大大提高了报警率。此外,该项目还具有多点检测功能和安全的防煤气泄漏措施,为人们的安全生活提供了保障。2.系统组成及工作原理系统组成如图一所示。它由MQ-9一氧化碳传感器检测电路、运放电路、ADC0809构成的A/D转换电路、STC89C52单片机控制电路、继电器控制

7、电路、GSM模块、单线数字温度传感器DS18B20检测电路和声光报警电路等组成(如图一所示。系统通过MQ-9一氧化碳传感器采集现场的一氧化碳浓度信息并将其转化为电压信号,此电压信号经过放大、A/D模数转换后,由STC89C52单片微处理器进行数据处理即可获取一氧化碳气体的浓CO 传感器检测电路运放电路继电器控制电路电磁阀声光报警电路温度传感器GSM模块显示模块ADC89STC89C52通风换气设备BHBAHA+8V+-12367C1MQ-9AD620854+5V+5VR1R2R3R4RV2R5R6GNDGND10M10M10M10M1M3.5K1K220uF 图一 系统组成框图图二 煤气检测电

8、路-5-/2012.03/-6-/2012.03/探索与观察度值并在1602液晶显示屏上显示。当一氧化碳气体的浓度达到警戒值时,系统将起动通风换气设备进行排气,并通过电磁阀门将气体管道关闭,同时进行声光报警,由GSM模块在一秒钟之内向业主发送报警短信并拨打预先设计好的报警电话。当一氧化碳浓度降低到安全点时,关闭通风换气设备,停止报警,达到安全保护的目的。3.系统硬件设计3.1 STC89C52单片机考虑到系统的程序空间和运算空间较宽,CPU采用STC公司生产的STC89C52单片机。该单片机工作速度快,功耗低,带有8kB程序存储空间和32个IO口,能够满足系统要求。系统中单片机端口ALE经分频

9、后为ADC0809提供时钟,P1口作为采样数据接收端口,P0口用作显示数据通信端口。整个系统充分利用了STC89C52的内部资源,极大的发挥了单片机控制功能。3.2 煤气检测电路煤气检测电路如图二所示。电路中MQ-9为一氧化碳传感器,具有高灵敏度、使用寿命长和稳定性可靠等优点,广泛应用于家庭、环境的一氧化碳探测装置中。MQ-9气敏元件由微型AL2O3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了必要的工作条件。传感器的表面电阻Rs,是通过与其串联的负载电阻RL上的有效电压信号VRL输出而获得的。二者之间的关系为:Rs/RL=(Vc-

10、VRL/VRL外界一氧化碳浓度大小可通过有效电压信号VRL体现出来。电压信号经仪表放大器AD620进行放大及信号调理送到ADC0809的模拟量输入端,然后由单片机采集并储存数字信号。3.3 继电器控制电路该电路由继电器、排气扇、电磁阀等组成。当泄漏气体浓度达到警戒值时,通过软件将控制继电器,从而使排气扇工作,进行换气,电磁阀电路接通,将煤气管道关闭。当气体浓度下降安全值时,关闭排气扇和电磁阀电路,排气扇停止工作。3.4 GSM报警模块本项目采用TC35i模块实现短信收发。TC35i模块是西门子公司为适应各个领域对无线数据传输业务的需求而开发的GSM模块,它设计小巧、功耗很低,主要由GSM 基带

11、处理器、GSM射频部分、电源、闪存(Flash4部分组成。GSM基带处理器是整个模块的核心,它控制着模块内各种信号的传输、转换、放大等处理过程。GSM射频部分是一个单片收发器,它完成对射频信号的接收和发送等处理。Flash用来存储一些用户配置信息、电话本和其他信息。本系统使用的TC35i模块,符合RS232接口标准,有固定的参数:8位数据位和1位停止位,无校验位,波特率在300bps115kbps之间可选。单片机通过串口向GSM模块发送AT指令,使TC35i模块处于语音、数据、短消息模式,从而达到报警目的,图三即为GSM报警模块。3.5 报警电路声光报警电路如图四所示。主要由P3.2,P3.3

12、,P3.4来控制。正常工作时,系统显示绿灯,由P3.2控制;当环境C O 的浓度对人体有危害时,显示红灯,由P3.3控制;当浓度很高时,由P3.4启动声音报警。4.系统软件设计软件设计使用C语言进行编程,开发效率高,可极大地缩短开发时间,增加程序可读性和维护性。软件平台设计的设计与实现,包括信号采集模块、开关控制程序、报警程序。程序流程图如图五所示。初始化时,系统对AD采样、LCD1602显示、DS18B20、中断进行初始化,初始化完毕后延时五秒中,等待煤气探头进入正常工作状态。然后AD开始正常采样,同时单片机对采样数据进行保存并处理,若处理得到的煤气浓度不高于预设的警戒浓度,则单片机不断的对

13、AD采样值进行检测。否则,单片机进入报警程序,控制LED及蜂鸣器发出声光报警,然后通过串口发送AT指令,TC35i发出短息报警。此时若有外部按键复位或上电复位,则系统重新进入初始化。5.结束语本项目为基于TC35i家用煤气智能监控器,除了继承以往煤气报警器的优点外,还具有低功耗、性价比高、稳定性高、灵敏度高以及报警率高等优点。硬件设计上结构简单,体积较小;软件上编程简单,开发时间短;报警方式多样,当一氧化碳气体浓度达到警戒值时,能通过声光、给业主拨打电话、发送短信等方式报警,大大提高了报警率。同时可通过继电器控制排气扇、电磁阀电路,有效防止煤气的泄漏,为人们的生活安全提供了保障,非常适用于家用

14、煤气监测。参考文献1郭天祥.新概念51单片机C语言教程M.北京:电子工业出版社,2009.2姜力.基于GSM的中文短消息收发实现J.微型机与应用,2003,22(9.3宣彩平,王皓,邹国良.利用GSM无线模块发送短消息J.计算机应用,2004(5.4周艳丽,魏宗寿.利用TC35i和PC机实现短消息的收发J.现代电子技术,2007,30(15.5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(11:70-72基金项目:衡阳市科技计划项目(2010KZ60;衡阳师范学院科学基金青年项目(09A29;大学生研究性学习和创新性实验计划项目(CX1023。AT89C52单片机TC35i GSM 模块TXDTXD GND图三 GSM报警模块初始化数据处理开始结束延时等待5秒AD转换显示气体浓度和温度气体浓度是否超标声光报警、 短信报警NY图五 主程序流程图+5VR9R10R11300300100LED1LED2Q1Q2Q3R12R13R14100K 100K 100K P3.2P3.3P3.4图四 声光报警电路