基于51单片机煤气天然气检测阈值报警风扇设计
1. 基于51单片机煤气天然气检测阈值报警风扇设计
本设计是一种基于STC89C52单片机的智能气体检测与安全防护系统，能够对室内煤气、天然气或一氧化碳浓度进行实时检测，并在不同的浓度区间实现多级响应。系统利用气体传感器、指示灯、蜂鸣器、风扇和继电器等模块完成浓度监测、报警提示和主动防护等功能。其设计思想在于通过硬件电路与软件程序相结合，实现自动化、智能化和安全化的气体泄漏防护系统。
2. 系统功能介绍
本系统的核心功能如下：
- 气体检测：通过MQ-9/CO传感器实时检测空气中的煤气或一氧化碳浓度，并将检测值传输至单片机进行处理。
- 浓度分级显示：系统将气体浓度划分为低、中、高三个档位，并分别通过绿色、黄色和红色LED指示灯进行显示，用户能够直观了解环境安全状况。
- 报警功能：当检测浓度达到高档时，蜂鸣器开始报警，提醒用户室内存在严重安全隐患。
- 主动防护：当气体浓度过高时，风扇自动开启，加速气体的排出，降低危险。
- 继电器控制：当浓度达到中档时，继电器动作，可实现自动断开相关电气设备，从源头上降低煤气泄漏带来的风险。
- 电源管理：系统通过稳定电源电路供电，保证各模块长期可靠运行。
该系统适用于家庭厨房、锅炉房、餐馆及需要防护煤气/天然气泄漏的场所，具有低成本、易实现和实用性强的特点。
3. 系统电路设计
3.1 STC89C52单片机最小系统电路
STC89C52作为控制核心，负责信号采集、处理与执行控制。其内部包含丰富的I/O口、定时器和串口，适合嵌入式监控应用。在本设计中，单片机完成如下功能：
- 接收气体传感器输入的电压信号，并通过内部运算进行浓度区分。
- 控制LED指示灯的点亮与熄灭。
- 控制蜂鸣器与风扇的动作逻辑。
- 控制继电器开关，实现安全防护。
3.2 煤气/CO传感器模块电路（MQ-9）
MQ-9是一款常用的气体传感器，能够对一氧化碳、甲烷、液化气等可燃气体进行灵敏检测。
- 工作原理：气体在传感器表面发生氧化还原反应，导致传感器阻值发生变化，通过电路转换成电压信号。
- 电路组成：传感器输出端与单片机ADC接口相连，经过电阻分压处理，保证信号在单片机可接受范围内。
- 优点：检测精度高、响应快、适用性广。
3.3 LED指示灯电路
本系统设计三颗LED：
- 绿色LED：表示气体浓度处于低档，环境安全。
- 黄色LED：表示气体浓度达到中档，存在一定风险。
- 红色LED：表示气体浓度过高，危险警报。
LED通过限流电阻与单片机I/O口相连，单片机通过输出高低电平控制其亮灭。
3.4 蜂鸣器报警电路
蜂鸣器采用有源蜂鸣器，只需单片机输出高电平即可发声。
- 电路设计简单，能耗低。
- 当气体浓度达到高档时，蜂鸣器持续报警，提示危险。
3.5 风扇控制电路
风扇采用直流电机，由单片机通过三极管或MOS管驱动。
- 当浓度过高时，单片机输出高电平，驱动电路导通，风扇启动，加速空气流通，降低气体浓度。
- 风扇电源与单片机电源隔离，避免干扰。
3.6 继电器控制电路
继电器作为外部设备控制开关，能够切断或接通220V电器。
- 当气体浓度达到中档时，继电器断开，切断气源或电气设备，防止危险进一步扩大。
- 继电器通过三极管驱动，单片机I/O口提供逻辑控制。
3.7 电源电路
系统采用5V稳压电源，给单片机及其他低功耗模块供电。风扇和继电器需要额外电流驱动，电源设计时需考虑电流裕量。
4. 系统程序设计
系统程序基于C语言编写，通过Keil进行编译并烧录到STC89C52单片机中。程序的核心逻辑包括传感器数据采集、浓度区间判断、外设控制及报警输出等。
4.1 主程序框架设计
主程序负责初始化各模块，并在循环中不断采集气体浓度，判断状态并执行相应控制。
#include <reg52.h>
#include "delay.h"
#include "adc.h"
#include "led.h"
#include "beep.h"
#include "fan.h"
#include "relay.h"void main() {unsigned int gasValue;while(1) {gasValue = ADC_Read(0); // 读取气体传感器的电压值if(gasValue < 200) {LED_Green_ON();LED_Yellow_OFF();LED_Red_OFF();Beep_OFF();Fan_OFF();Relay_ON();} else if(gasValue >= 200 && gasValue < 400) {LED_Green_OFF();LED_Yellow_ON();LED_Red_OFF();Beep_OFF();Fan_OFF();Relay_OFF(); // 中档时继电器断开} else {LED_Green_OFF();LED_Yellow_OFF();LED_Red_ON();Beep_ON();Fan_ON();Relay_OFF();}delay_ms(500);}
}
4.2 ADC采集程序设计
MQ-9传感器输出模拟电压，需要通过ADC转换为数字量输入单片机。此处使用外部ADC模块（如ADC0804），与单片机接口通信。
unsigned int ADC_Read(unsigned char channel) {unsigned int value = 0;// 模拟ADC采集程序// 实际可根据使用的ADC型号编写具体的时序value = channel * 100 + 150; // 模拟值return value;
}
4.3 LED指示灯控制程序
单片机通过输出高低电平驱动LED，以下为示例：
sbit LED_Green = P1^0;
sbit LED_Yellow = P1^1;
sbit LED_Red = P1^2;void LED_Green_ON(){ LED_Green = 0; }
void LED_Green_OFF(){ LED_Green = 1; }void LED_Yellow_ON(){ LED_Yellow = 0; }
void LED_Yellow_OFF(){ LED_Yellow = 1; }void LED_Red_ON(){ LED_Red = 0; }
void LED_Red_OFF(){ LED_Red = 1; }
4.4 蜂鸣器程序设计
sbit Beep = P2^0;void Beep_ON() { Beep = 0; }
void Beep_OFF() { Beep = 1; }
4.5 风扇控制程序
sbit Fan = P2^1;void Fan_ON() { Fan = 0; }
void Fan_OFF() { Fan = 1; }
4.6 继电器控制程序
sbit Relay = P2^2;void Relay_ON() { Relay = 0; } // 吸合
void Relay_OFF() { Relay = 1; } // 断开
5. 总结
本设计通过STC89C52单片机为核心，结合MQ-9气体传感器、LED指示灯、蜂鸣器、风扇及继电器等模块，实现了煤气/天然气泄漏的实时检测与安全防护。当气体浓度处于不同区间时，系统能以直观的方式进行多级响应：低档提示安全、中档断开继电器保护、高档报警并驱动风扇排气。整体系统结构清晰、功能完善，既能满足家庭防护需要，也能应用于餐饮、工业等场所，具有广阔的应用前景。