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　　城市住宅小区及商业大楼的发生的化粪池甲烷爆炸事件多有发生，如何安全地处理这些化粪池甲烷浓度过高所带来的种种潜在危险也成了一件值得重视的事情。作者基于盛群HT46RU232单片机设计并研制了的一套甲烷浓度远程监测系统。该系统由一个监控中心与多个检测点组成，监控中心与检测点间由无线通信方式进行信息传输。本设计简单实用，目前，在市场上相关类似技术的产品并不多见。这不仅能可用于对住宅小区及商业大楼的化粪池甲烷浓度监测，也可以用于工业上多种其它气体的监测。

　　2.系统结构及工作原理

　　该系统由一个监控中心与多个检测点组成，监控中心可以安装在物管公司监控室。如图1所示，可以在不同的化粪池设置多个监测点同时监测，检测点传感器能感知环境中甲烷气体浓度并转换成模拟电信号，在单片机控制下对模拟信号进行模数变换，由无线收发模块发射出去，监控中心在单片机控制下由无线收发模块接受信息并转换成表示甲烷浓度值的数值，送到LCD显示器显示出来，当检测气体浓度超出设定的报警值时给出声光报警，无线传输距离可以100米左右，多个监测可以满足一个小区的需要。监控中心由无线收发器RF905、单片机HT46R232、128X64LCD显示、声光报警器（蜂鸣器与发光管），监测点部分由甲烷传感器MQ-2、单片机HT46RU232、无线收发器RF905组成。

　　3.电路原理图

　　3.1监测点原理图

　　图2所示为监测点原理电路图，图中JP4为核心控制芯片，台湾“盛群”HT46RU232是8位高性能精简指令集单片机[1]，该单片机具有低功耗、I/O使用灵活、可编程分频器、计数器、振荡类型选择、多通道A/D转换（12位）、脉宽调制功能、I2C接口、UART总线，暂停和唤醒功能，具有4096×16程序存储器和192×8数据存储器RAM。使这款单片机可以广泛应用于传感器的A/D转换、马达控制、工业控制、消费类产品，子系统控制器等。

　　JP2为无线收发模块接口，采用威步公司的nRF905线收发器[3]。.工作在433/902Mhz开放ISM频段，最高工作速率50kbps，采用高效GFSK调制，抗干扰能力强。满足多点通信和跳频通信需要。内置硬件CRC检错和对多点通信地址控制。模块采用SPI串口方式通信，在本电路连接上，与单片机通用I/O口相连，用单片机通用I/O口模拟SPI串口进行通信。

　　Y2为烟雾传感器接口，H与H间为一加热电阻丝，A与B间表现为一与气体浓度相关的一气敏电阻Rs，这个电阻值一般为几十千欧。图3为（在条件为：温度=20℃。相对湿度=65%。氧气浓度=21%）传感器在不同气体电阻值（Rs/R0）与气体浓度（PPM）的关系曲线图。R0为元件在洁净空气中的电阻值，这个值一般在20KΩ左右，实现测试为23KΩ。Y2与R2，R4，C2一起构成传感器电路，模拟信号加到单片机的PB0端（A/D输入端）。

　　3.2监控中心原理图

　　图4为监控中心原理图，JP4为盛群单片机，JP2为无线模块接口，由于这里的单片机采用5V供电，所以无线模块与单片机接口间串联了一个1K电阻，以限制流入无线收发模块的各个引脚的电流不高于10mA。

　　J1为LCD接口，该显示器内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点阵的汉字，也可完成图形显示，低电压低功耗是其又一显著特点。

　　声报警通过驱动蜂鸣器发声实现，光报警通过红色发光二极管实现。如图由R2，D3，LS1，Q1组成。由单片机的PC1端控制，当PC1输出低电平时，三极管导通，发出声光报警信号；当PC1输出高电平时，三极管截止，不发出声光报警信号。

　　4.软件设计

　　由盛群公司提供的C语言编译器HT-IDE3000，支持C语言的编程，编译器内带的单片机寄存器定义头文件，如下：

　　unsignedchar_status@0x0a；这是定义地址为0x0a的状态寄存器_status

　　#define_c_0a_0这是定义寄存器_status的0位

　　#define_ac_0a_1这是定义寄存器_status的1位

　　监测点主要完成对传感器模拟信号的A/D转换并控制无线模块发送数据，程序流程图如图5。在监控中心，程序主要有对无线收发模块工作参数的配制，对接收数据的读取，都是通信I/O口模拟SPI串口方式对无线模块进行操作。对液晶显示器的控制采用并口数据方式。程序流程图如图6所示。

　　5.系统功能测试

　　制作并调试了系统，监测点与监控中心的实物如图7与图8所示，监测点有两套，目前可以同时监测两个点的数据，在控制中心的显示屏上可以看到监测点A和监测点B，显示的单位是%LEL（LowerExplosionLimited），这是指可燃气体在空气中遇明火种爆炸的最低浓度，称为爆炸下限，甲烷的爆炸下限为5%体积比，5%体积比对应100%LEL。这里没有单位PPM，测仪的通常设有一个报警点：25%LEL，相当于此时甲烷的含量为1.25%体积比。由于条件有限，测试时用打火机气体来代替甲烷气体，并只看气体浓度超过25%时报警。

　　对监测点A或B连续的加气，可以看到LCD显示器上的A或B点浓度在不断的增加，当显示的浓度达到25%LEL时，就会产生声光报警。停止对监测点A或B加气，LCD显示器上的A或B点浓度慢慢的降下来。同时对监测点A和B连续加气，也看到了同样的效果。

　　6.研制中注意的问题

　　调试时，把HT-IDE3000仿真箱上的单片机芯片插座与目标板上单片机芯片插座用相应的排线相连，可以在线对程序进行调试，也可在设计目标板时，把通用的64脚的接口设计进去，通过这个通用口进行调试。要注意的问题是本单片机是一次型烧写的，最好在调试好后再进行芯片烧写。

　　还有板子的供电问题要注意，总供电由5V加入，一路加到传感器的加热电阻HH端，一路经过7805稳压块花式传感器参A端，由于nRF905要求是3V到3.6V之间供电，因此用了一个LM1117的3.3V稳压块输出给给单片机和无线NRF905供电。由于传感器的加热电阻阻值很小只有几十欧，所以其供电没有经过7805以减少其损耗。

　　另外对甲烷浓度的模拟检测并准确显示也是一个难点，由于条件的有限没法对其校正，不能精确测定气体的浓度，这在以后的研究中再相法改进。

　　参考文献

　　[1]Holtek微控制器应用范例-使用HoltekC语言[Z].盛群公司，2008.

　　[2]NewMsg-RF905开发指南.杭州威步科技有限公司，2009.

　　[3]曹龙汉，刘安才，高占国.单片机原理及应用[M].重庆出版社，2004（10）.

　　[4]赵继文.传感器与应用电路设计[M].科学出版社，2002（3）.