探究燃气安全系统在智能家居中的构造

肖勤 王先春 周俊帆 欧阳葵 陶源

摘 要：智能家居已经大面积地覆盖到了人们的居家生活，所配置的安全系统，成为其主要卖点，特别是一套完善的燃气安全系统更是直接关乎着人们的居家生命财产安全。为此，文中提出一款基于STM32F103RCT6单片机家用一体化燃气安全设备的设计与开发，以物联网技术为载体把单片机控制器与气压传感器、火焰探测模块、燃气检测模块、GSM通信模块、氧气检测模块、无线控制等集成在一起，与燃气电磁阀分离开来，设计一种新型燃气安全控制报警系统，可最大化地解决因燃气使用不当而产生的安全隐患。

关键词：智能家居;燃气报警;物联网技术;STM32单片机;安全系统;无线控制

0 引 言

随着生活水平的提高，人们对房子内部结构的安全和智能化需求不断提高，各式各样的智能家居应运而生。然而居家燃气的使用，直接关乎户主的生命财产安全。以物联网技术为载体，把单片机控制器与气压传感器、火焰探测模块、燃气检测模块、GSM通信模块、氧气检测模块、无线控制等集成于一起，与燃气电磁阀分离开来，设计出一种新型燃气安全控制报警系统，可最大化地解决因燃气使用不当产生的安全隐患。

1 硬件系统设计

硬件控制系统以STM32F103RCT6单片机为主控制器，结合DC_DC&LDC稳压电路、燃气采集传感器、声光报警模块、氧气采集传感器、火焰传感模块、压力传感器组成硬件电路系统。当室内燃气浓度达到预设阈值1时，由单片机发出控制指令，通过nRF2401无线模块驱动排气系统进行通风排气（当气体燃烧不充分时）;当燃气浓度到达阈值2时，驱动声光报警器，通过nRF2401无线模块驱动电磁阀的关闭，以及打开排气系统进行通风排气;由GSM通信模块将燃气泄漏的情况发送至户主的手机（此时已确认气体泄漏）。图1为硬件系统电路原理图。

考虑停气或气压过低无法正常使用时，打开燃气阀后忘记关闭阀门可能酿成气体泄漏等事故。此设计内装有压力传感器对管内的气压进行实时监控，当管内的气压值低于预设值时电磁阀自动关闭，在手动开启阀门前，电磁阀无法开启并通过LED报警显示红灯以提示气压不足等提示信息[1]。火焰采集传感器采集可控范围内的火焰情况，将采集的数据传至單片机，通过控制器预判是否发生火灾再进行一系列的报警、处置措施。氧气采集传感器实现对浴室中氧气含量的采集，控制器的设置控制第二排气扇开始工作，控制无线通信模块向手机端传输浴室中氧气不足的信号。A/D采样换算模块和OLED模块的设置，实现对采集到的燃气含量数据进行换算，将可供人识别的燃气浓度数据显示到OLED模块上，让人更加直观地了解阀门四周的燃气含量。声光报警模块的设置，实现对不同情形发出不同组合类型的声光报警信号。

安全系统装置安置于天燃气电磁阀外侧，可更加直观地监测燃气使用安全范围外的信息。主控制器采取无线通信模式，通过无线控制驱动电路，控制电磁阀的关断。当系统检测到燃气浓度达所设阈值2时，由控制器发出控制指令通过无线模块传输无线通信信号，所处另一端的无线开关电路接收到关阀信号时，立即关断电磁阀。对排气控制系统单独设立主控制器，采用继电器驱动电路，可在不同模式下更加智能地控制排气系统的开关，利用稳压电路将家用220 V转至风扇的工作电压5 V，当燃气泄漏时可快速地释放房间内的过量燃气，以及在浴室氧含量降低情况下进行通风换气。功能模块电路如图2所示。

2 软件设计

本系统通过Kile 5进行硬件部分的软件编程，运用EDA工具Allegro进行硬件仿真以及PCB制板，通过网页设计，作为用户查询了解家中信息的终端。通过网页终端的操作界面可以查看到所有的硬件系统所检测到的数据，通过分析后给出相应的提示，并设有控制阀门的开关按钮，以及打开排气系统的操作按钮，实现互联网与物联网的紧密结合，为用户操作提供更加简便智能的体验。

3 燃气安全系统的重要性

据统计，我国去年发生的燃气事故多达700多起，其中居民用气事故占61.6%。这组数据反映出，人们的居家燃气使用存在着极大地安全隐患。因此，一套智能的燃气安全控制系统将大大地降低因为阀门、管件老化导致燃气管道泄漏，燃气阀门破损，以及室内不通风，燃气燃烧不充分等容易被人们忽视的问题所引起的安全事故，最大化程度保障人们的生命财产安全。

4 结 语

家用燃气安全系统是智能家居系统中不可或缺的一部分，切身保护着人们的居家生命财产安全，让人们极大程度地享受着智能科技产品给生活带来的便利。家用燃气安全系统通过硬件设计以及软件仿真，并进行实物操作实验，各项功能指标均超出预先期望，可满足智能家居低成本、高效率、更安全的需求。

参考文献

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